基于改进樽海鞘群算法的多目标柔性作业车间调度问题研究

针对多目标柔性作业车间调度问题,构建了以最小化总能耗、最小化生产成本及最小化惩罚值为优化目标的数学模型,并设计改进的多目标樽海鞘群算法(IMSSA)进行求解。改进算法主要由樽海鞘领导者和樽海鞘追随者两部分构成,其中,领导者位置更新结合正余弦算法来实现,追随者位置更新基于线性微分递减的惯性权重方法来完成。此外,引入食物源存储库用于保留非支配解。最后通过对比实验证明了所提策略及改进算法的有效性。

改进NSGA-III求解高维多目标绿色柔性作业车间调度问题

为解决NSGA-III在求解上述模型存在初始解质量差与局部搜索效率低的问题,提出一种改进的NSGA-III(NSGA-III-TV)。基于MSOS编码,分别对OS和MS染色体采取不同混合初始化策略以提高初始解质量;基于关键路径,采用改进N6邻域结构进行邻域搜索,有效缩短完工时间并降低搜索盲目性,同时采用3种有效变异算子扩大算法搜索空间,提高后期收敛能力。结果表明:NSGA-III-TV在求解高维多目标柔性作业车间调度问题上具有较好的性能以及实用性,为企业生产制造车间的智能绿色转型升级提供了有力支持。

基于改进生物迁徙算法的双资源柔性作业车间节能调度问题

节能调度是面向绿色制造的车间调度问题,已成为制造领域的研究热点。针对具有机器和工人双资源约束的柔性作业车间,综合考虑工人学习效应和工件运输时间的影响,以最小化车间能耗为目标,提出一种改进的生物迁徙算法(MBMA)。该算法采用基于工件-机器-工人的三段式编码方法表示调度解,并设计了一种种群初始化方法,以改善初始调度解的质量。考虑到基本生物迁徙算法无法直接应用于离散车间调度问题,提出一种基于交叉操作的离散迁徙算子,使算法能够直接在离散调度空间内进行搜索。此外,在迁徙算子中引入转换概率动态调整策略,以平衡算法探索与开发能力,另外增加了一种记忆池机制,避免算法过早收敛。对于个体更新算子,设计了一种局部搜索算法嵌入其中,以增强算法局部搜索能力。大量实验结果表明,MBMA算法的计算结果优于其他算法。

改进文化基因算法求解双资源约束柔性作业车间调度问题

针对具有机器和工人的双资源约束柔性作业车间调度问题,以最小化最大完工时间为目标构建调度模型,并设计一种改进文化基因算法对其进行求解。由于该调度问题需要同时考虑工序排序、机器选择及工人选择3个子问题,故采用三层序列编码。考虑传统解码方式存在收敛速度慢、收敛不完全的弊端,设计一种扩展型插入式主动解码方式,以提高算法的收敛速度;针对进化算法易陷入局部最优的缺陷,设计一种基于负载平衡的机器和工人再分配算子,增强算法的全局搜索能力,对种群中的优秀个体采用改进变邻域搜索以提高算法的局部寻优能力。最后,利用仿真算例及航空设备生产实例进行实验,验证所提算法求解双资源约束调度问题的有效性。

考虑AGV数量配置的柔性作业车间集成调度

自动导引车(AGV)作为柔性作业车间支撑车间生产物流的重要装备,已被应用于不少企业的生产组织中,其数量配置直接影响着车间运输任务的落实和生产任务的顺利进行。针对柔性作业车间中,AGV数量配置不尽合理,导致运输任务响应不及时或AGV资源利用不充分的问题,文章以最小化最大完工时间和最小化AGV数量为目标,建立了考虑AGV数量配置的柔性作业车间集成调度模型,并设计了基于工序、加工设备和AGV三层编码的改进NSGA-Ⅱ算法进行对模型求解,通过数值实验与分析,得出了最优的AGV数量配置方案和柔性作业车间集成调度方案,为企业高效合理地管理和调度生产设备的相关决策,提供了一定的理论支持与实践指导。

基于NSGA-III算法求解柔性作业车间调度问题

针对多目标柔性作业车间调度问题,提出一种改进NSGA-Ⅲ算法,以完工时间、机器总负荷、瓶颈机器负荷为目标建立调度模型。首先,为提高种群的多样性,提出一种基于惩罚的边界相交距离定义关联操作中种群个体与参考向量之间的距离;其次,为提高环境选择的计算效率,利用基于惩罚的边界相交距离消除机制来保护个体,降低了个体保护策略的计算成本;最后,为避免种群陷入局部最优,在遗传算子中采用一种改进的变异策略。运用两个评价指标与NSGA-Ⅲ算法进行比较,其收敛性与多样性均由于NSGA-Ⅲ算法。同时在4个Kacem算例上进行测试得出改进NSGA-Ⅲ算法解的质量较高,最后通过实际的生产实例证明改进的NSGA-Ⅲ算法优于或等同于现存在的方法,也证明了该方法在解决多目标柔性作业车间调度难题上的可操作性。

基于改进鲸鱼优化算法的AGV柔性作业车间多目标优化调度

针对柔性作业车间的自动引导车辆(Automated Guided Vehicle,AGV)调度问题,基于可持续视角,考虑车间能耗问题,在机器和AVG数量均存在数量约束的条件下,以最小化最大完工时间、车间能耗和AGV使用数量为优化目标构建可持续柔性车间调度模型。首先,设计一种改进鲸鱼优化算法(Improved Whale Optimization Algorithm,IWOA),在标准的鲸鱼优化算法的基础上引入非线性收敛因子和自适应惯性权重以提升算法的搜索能力和收敛速度;其次,使用模糊隶属度理论构建了损失函数,以获得多目标模型的最优折衷解;最后,基于算例实验验证算法性能。实验结果表明改进鲸鱼优化算法在求解2个算例时均表现出良好的效果,为求解采用AGV运输的可持续柔性作业车间多目标优化调度提供了一种有效的实践途径。

考虑模糊质检时间的柔性作业车间动态调度问题

为解决更符合现实情形的模糊质检时间柔性作业车间动态调度问题,以最小化完工时间为目标,立足紧急插单、机器在空载运行时发生故障和机器在加工工件时发生故障的三种故障情形,建立了带模糊质检时间的机器故障、紧急插单重调度模型。设计了基于元胞自动机邻域搜索和随机重启爬坡算法的改进遗传算法求解模型,即针对车间调度问题中存在的订单排序和机器选择双决策问题特征,设计包含工序码和机器码的双层编码方案,并基于遗传算法思想对工序码和机器码设计相应的交叉、变异等遗传操作。同时,将遗传操作应用于基于元胞自动机的邻域搜索算法框架中以增强算法全局搜索能力,整合基于关键工序的随机重启爬坡算法以提高算法局部开发能力。实验选取10个柔性车间调度算例验证了所提算法的有效性,同时,测试1个模糊质检时间柔性车间调度算例验证了模型的有效性。另外,实验也测试了不同故障场景,得出该动态调度方法优于实际场景中常使用的“工件后移”调度策略。

改进粒子群算法求解生产计划与柔性作业车间调度集成问题

为解决机加工企业制定的生产计划与车间调度方案不兼容的问题,建立以最小化最大完工时间、最小化加工成本为目标函数的生产计划与柔性作业车间调度集成模型。提出一种改进粒子群算法(IPSO)作为全局优化算法。在传统粒子群优化算法(PSO)的基础上,引入遗传算子交叉的方式改进群体进化,同时设计随机性的边界变异,提高种群多样性,避免局部最优,学习因子及惯性权重采用幂函数动态变化,增强其搜索能力,更快收敛。最后通过生产实例,验证了IPSO在解决生产计划与车间调度集成问题上的可行性。同时将PSO、灰狼优化算法(GWO)和遗传算法(GA)作为对比算法,在15个Brandimarte基本算例上开展实验,得到的结果均优于其他算法,证明了IPSO求解柔性作业车间调度问题时的有效性和优越性。

求解柔性作业车间调度问题的离散食肉植物算法

针对传统群智能优化算法求解柔性作业车间调度问题时易陷入局部最优且寻优能力不足的困境,以最小化最大完工时间为目标提出一种离散的食肉植物算法。首先,为提高初始种群的多样性,提出了3种初始化种群策略;其次,为提高算法各时期的搜索能力,为生长因子设计了一种自适应策略,并对植物执行了交叉以及基于4种邻域结构的贪婪变异操作;最后,通过对Brandimarte基准问题进行仿真并与其他文献算法进行对比,证明了所提算法在收敛速度和求解质量方面都具有较好的性能。

不同碳政策下“多目标”柔性车间作业调度鲁棒优化

在“双碳”目标和碳政策提出的背景下,构建以碳排放量最低、总成本最小和完工时间最短的多目标柔性车间作业调度鲁棒优化模型,采用“Box+多面体式”集合表示方法处理加工时间的不确定性,设计改进的NSGA-Ⅱ算法求解该模型。实例验证表明:对比传统NSGA-Ⅱ算法,改进NSGA-Ⅱ算法在反世代距离以及超体积度量两个算法指标性能下表现优越;碳排放量最大降低7.62%,总成本最大降低6.86%,完工时间最大减少7.54%。碳限额政策下的碳排放量最低,碳交易政策次之,碳税政策下最高。随着加工时间不确定程度增加,不同碳政策下三个目标函数均呈增长趋势。

带有动态到达工件的分布式柔性作业车间调度问题研究

分布式柔性作业车间调度是生产调度的1个重要分支,工件的动态到达作为实际生产中的1种常见扰动情况,进一步增加了作业车间调度问题的复杂性和不确定性。针对带有工件动态到达的分布式柔性作业车间调度问题(DA-DFJSP),提出1种分批调度策略,将原本的动态调度问题转化成一系列连续调度区间上的静态调度问题,构建以最大完工时间为优化目标的混合整数规划模型;在此基础上,结合问题特征采用批次、工厂、工序、机器的4层染色体编码及快速贪婪搜索插入的解码方式改进遗传算法,同时引入多种交叉、变异算子来增强染色体的多样性;最后,基于FJSP标准算例构建DA-DFJSP测试算例进行仿真对比实验,验证所提策略和改进算法的求解优势。结果表明:相较于传统的重调度策略和改进前的遗传算法,采用分批调度策略和改进的遗传算法(IGA)所求调度方案具有更短的完工周期、更均匀的工厂加工负荷及更高的设备工作效率,IGA与分批调度策略之间有高度的契合性,能够有效提升生产效率。

改进的多目标樽海鞘算法求解车间调度问题

针对柔性作业车间调度问题,文中提出一种结合衰减因子和交叉变异算子的改进型多目标樽海鞘优化算法。为便于算法求解,使用等长的双层编码方式,并引入基于升序排列规则的转换机制,实现个体位置向量与调度解之间的转换。采用混沌映射和基于规则的混合方法生成较优的初始种群。在个体位置更新中引入衰减因子和交叉变异算子增强算法的全局搜索能力。使用调度问题标准算例和实际算例测试算法求解性能,并与其他算法进行对比。结果表明,改进型多目标樽海鞘算法求解能力较原算法具有明显提升,验证了改进算法求解柔性作业车间调度问题的有效性。

基于深度强化学习的柔性作业车间调度问题

针对多目标柔性作业车间调度问题的复杂度高,以及求解算法对历史数据利用不足和解策略单一的问题,提出一种基于值的深度强化学习算法,通过引入最大熵方法在策略空间中获得多个较优策略。首先,将调度过程视为多阶段决策过程,提出单工序时间特征表示方法,并以此为基础设计了11个归一化的状态表征函数作为输入;其次,利用改进的带噪声的对抗网络拟合值函数;再次,在基础规则上通过复合组成24条调度规则;最后,提出了分层单步奖励以解决稀疏奖励问题。算例测试结果表明,所提算法的性能优于深度Q网络(deep Q network,DQN)和非支配排序遗传算法Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)等其他算法。

基于Pareto优化的离散自由搜索算法求解多目标柔性作业车间调度问题

针对多目标柔性作业车间调度问题搜索空间的离散性和求解算法的收敛性,提出一种基于Pareto优化的离散自由搜索算法来求解多目标柔性作业车间调度问题。在建立基于Markov链数学模型的基础上,证明了算法以概率1收敛;引入首达最优解期望时间来分析算法收敛速度,并分析了算法时间复杂度。采用基于工序排序和机器分配的个体表达方式,在多目标柔性作业车间离散域,利用自由搜索算法在邻域小步幅精确搜索和在全局空间大步幅勘测进行寻优;通过自由搜索算法自适应赋予个体各异辨别能力和Pareto优化概念来比较个体优劣性,不仅保留优化个体,而且使个体寻优方向沿多目标柔性作业车间调度问题Pareto前沿逼近。通过对搜索过程中产生的伪调度方案进行可行性判定,以确保调度方案可行。采用10×10FJSP和8×8FJSP问题的实例进行寻优测试,验证了所提算法的可行性和有效性。

改进近邻人工蜂群算法求解柔性作业车间调度问题

为了更好地解决以最小化最大完工时间为目标的柔性作业车间调度问题,提出了一种改进的人工蜂群算法。首先,采用随机选择和反向学习策略来提高初始蜜源的质量。同时,设计了一种新颖的特征表示方式,用于计算蜜源之间的距离。在引领蜂阶段,通过引入交叉和变异策略来优化种群中的近距离蜜源。在探索蜂阶段,引入了六种变邻域方法,以扩大解空间的搜索范围。而在侦查蜂阶段,则根据蜜源的潜力值剔除局部最优个体。在15个数据集上进行了广泛实验,实验结果表明,该改进算法性能明显优于其他四种著名的群智能优化算法。该研究为解决柔性作业车间调度问题提供了一种新的有效方法,对于实际生产调度具有重要的实用价值。

混合粒子群算法求解多目标柔性作业车间调调度度问题

柔性作业车间调度问题是生产管理领域和组合优化领域的重要分支.本文提出一种基于Pareto支配的混合粒子群优化算法求解多目标柔性作业车间调度问题.首先采用基于工序排序和机器分配的粒子表达方式,并直接在离散域进行位置更新.其次,提出基于Baldwinian学习策略和模拟退火技术相结合的多目标局部搜索策略,以平衡算法的全局探索能力和局部开发能力.然后引入Pareto支配的概念来比较粒子的优劣性,并采用外部档案保存进化过程中的非支配解.最后用于求解该类问题的经典算例,并与已有算法进行比较,所提算法在收敛性和分布均匀性方面均具有明显优势.

多目标差分进化算法求解柔性作业车间批量调度问题

考虑生产周期、生产成本、设备利用率等调度目标,给出了多目标柔性作业车间批量调度问题模型。为解决批量划分和批次调度,采用批量染色体和批次染色体相结合的编码方式,提出一种基于差分进化算法的多目标柔性批量调度算法,引入Pareto非支配排序和拥挤距离排序来选择下一代个体,并采用外部存档保存进化过程中的非支配解集。为平衡算法的全局搜索和局部探索能力,设计了基于关键路径的动态随机搜索和随机变异相结合的多目标局部搜索策略。通过调度算例及印染生产调度实例求解表明,所提批量划分方法能有效缩短生产周期,获得更多分布均匀的Pareto非支配解。

考虑群组预维修的多目标柔性作业车间调度

柔性作业车间系统能满足社会对个性化、小批量及定制化产品的需求,该车间系统具有设备众多、工艺路线复杂、故障频次多等特点,但目前只是采取单机预防性维修策略来避免设备故障,势必会增加维修次数和维修成本,影响生产活动。针对传统单机预防性维修带来的问题,提出将群组预防性维修策略应用于柔性作业车间系统,并建立了群组预防性维修和多目标柔性作业车间联合优化模型。为了克服传统算法局部搜索能力不足的问题,设计了一种新的多目标进化算法求解多目标柔性作业车间调度问题,并展示了如何在柔性作业车间系统应用群组预防性维修。实验结果表明:所设计多目标进化算法能求出更多的最优解,具有更快的收敛速度,且能收敛到更优目标值;群组预防性维修比单机预防性维修的维修次数更少,维修成本更低,对生产活动影响更小,算例结果显示群组预防性维修相比于单机预防性维修在维修次数和维修成本方面均降低了150%;对将群组预防性维修策略应用于半导体代工厂生产设备的维修进行了展望。

基于多规则资源分配的柔性作业车间调度问题多目标集成优化方法

针对柔性作业车间调度问题中多种资源分配的复杂特性,建立了以最小完工时间、最优人工分配方案、设备最大负荷以及最小生产成本为目标的集成优化模型,并设计了一种具有多重资源约束的多目标集成优化方法;针对组合模型的爆炸性特征,为降低模型的复杂度,采用多规则资源分配的集成调度思想,通过调整规则概率使概率大的规则被优先选中,使用多规则导向机制"推动"搜索过程向指定目标方向移动,并结合动态规划法求解最优人员分配方案;采用改进的非支配排序遗传算法——NSGAⅡ可以获得不同规则概率值的Pareto解集;最后,通过仿真对比与应用验证了所提方法的有效性.