柔性Flow-Shop调度的遗传算法优化

柔性Flow-shop调度问题(Flexible Flow-shop Scheduling Problem,FFSP)是一般Flow-shop调度问题的推广,由于在某些工序上存在并行机器,所以比一般的Flow-shop调度问题更复杂。为了有效地解决柔性Flow-shop调度问题,用遗传算法求解,给出了一种改进的编码方法,能够保证个体的合法性;并根据编码方法提出了矩阵解码方法。最后以某汽车发动机厂金加工车间的生产调度实例进行仿真,通过比较表明了算法的有效性。

工期不确定的模具车间柔性Flow-shop调度问题

由于模具制造属于非重复性单件订货生产,模具加工的任务工期具有较强的不确定性,导致生产调度混乱。为制定合理可行的生产调度方案,建立了任务工期离散概率模型,以最大完工时间的期望值最小为目标,建立不确定工期柔性Flow-shop调度模型;在遗传算法交叉、变异等操作中融入模拟退火操作,将遗传算法的全局搜索能力与模拟退火算法的良好局部搜索能力相结合,设计了不确定工期的柔性Flow-shop调度问题混合遗传模拟退火算法。利用混合遗传模拟退火算法对调度模型进行求解,通过仿真实验表明,该研究对于解决工期不确定的模具车间柔性Flow-shop调度问题是行之有效的。

考虑柔性设备加工能力的综合调度算法

现有柔性综合调度研究中,没有考虑设备系统的协同加工能力,从而降低了设备系统高密加工和快速加工能力。针对此问题,文章将柔性设备可进行加工的工序数作为优化对象、以竞争资源较为紧张的设备资源为优化要素,提出了考虑柔性设备加工能力的综合调度算法(ISA-CPCFE):首先,采用优先调度层级较高与加工时长较短的工序的策略,提高了工序并行调度的力度;其次,提出一种最小化调度标尺与动态调整柔性设备优先级的策略,进一步提高了设备紧凑调度的力度。最后,将ISA-CPCFE算法与基于剪枝分层、基于设备驱动、基于实际路径、基于逆序层优先的算法进行对比实验。结果表明:ISA-CPCFE算法实现了复杂产品加工时间更短、柔性设备系统整体利用率更高的优化目标,调度效果更优。

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。

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。

动态上下料路径下柔性产品族生产调度研究

针对汽车零部件柔性产品族制造单元考虑工序间动态上下料路径与时间的生产调度求解问题,文中提出一种用于动态上下料路径柔性作业调度问题优化的自适应离散差分进化算法。通过自适应缩放参数实现收敛速度提升,构建基于矩阵映射的离散编码规则实现变异操作离散化及基于机器人实际运动路径的动态调度解码。通过对某平台化车型架构的转向器壳体加工单元实例分析并验证了算法有效性及优越性。

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。

混合遗传变邻域搜索算法求解柔性车间调度问题

针对考虑生产成本的柔性作业车间调度问题(flow job shop scheduling problem, FJSP),以完工时间与加工成本为优化指标,提出一种求解FJSP的混合遗传变邻域搜索算法。根据个体适应度对种群分割,结合自适应交叉概率改进子代种群产生方式;设计两种邻域结构增强算法的局部搜索能力;提出一种基于动态交叉变异概率的优化算法流程提高求解效率。运用提出的算法求解基准实例与实际问题测试,验证了算法的有效性。

考虑柔性电/热负荷的综合能源系统分布鲁棒优化调度

综合能源系统(integrated energy system,IES)的效益分析不仅取决于能源供给侧的调度方案,也受到需求侧用能方式的影响。基于此,在IES的需求侧引入柔性负荷响应,以平滑负荷曲线,进一步提升IES的风电消纳能力和经济效益;同时为尽量减小供能侧风电出力不确定性的影响、实现调度方案鲁棒性与经济性的均衡,构建了考虑柔性电负荷和柔性热负荷的IES两阶段分布鲁棒优化调度模型:预调度阶段以IES的日前综合调度成本最低为目标;再调度阶段以风电历史数据为基础,寻找最恶劣风电出力概率分布下的最优机组调节方案,并使用列约束生成算法进行求解。最后,采用算例验证了该模型的有效性。

考虑同层后道工序的柔性设备网络综合调度算法

针对柔性设备网络综合调度算法,难以合理选择加工设备加工相关工序进而影响产品完工时间的问题,该文提出考虑同层后道工序的柔性设备网络综合调度算法(SP-FENIS)。首先,采用逆序层优先策略,将各工序分配至逆序层待调度工序集;然后,提出均值逆序紧后路径策略,确定了各逆序层待调度工序集中工序的调度顺序;最后,提出最早完工时间策略和设备空闲插入策略,当工序在柔性设备上最早完工时间相同时,考虑了在柔性设备上的加工时间和同层后道工序的加工设备,确定了目标工序的加工设备以及加工时间。实例表明,和已有算法相比,该算法能够缩短产品完工时间。

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。

考虑序列相关准备时间的分布式柔性作业车间调度研究

针对考虑序列相关准备时间的分布式柔性作业车间调度问题,提出以最小化最大完工时间为优化目标的混合整数线性规划模型,并提出一种改进遗传算法。采用基于负荷均衡的种群初始化方法提高初始种群质量,根据问题特性构造6个局部扰动算子,设计多重局部扰动策略提高算法的局部搜索能力。通过扩展柔性作业车间调度基准生成测试算例,使用正交实验确定算法参数。实验结果表明,所提改进策略能够有效提高算法性能,求解结果优于对比算法,验证了调度模型和所提算法的可行性和有效性。

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。

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。

机器故障扰动下柔性作业车间重调度研究

在柔性作业车间生产过程中发生干扰事件,原有调度方案将不再适用。针对柔性作业车间机器故障的干扰问题,综合考虑最大完工时间、设备负载时间、客户满意度、生产路径偏移等因素,构建多目标干扰调度模型。为快速生成调度方案,设计一种改进遗传算法进行求解,并引用一种邻域结构以提高遗传算法局部搜索能力。最后通过对模型和算法的进一步验证,结果表明,相较于完全重调度的方案,该方法在生成的重调度方案中实现了更低的广义总成本,证明了该方法的有效性和实用性。

考虑双资源约束的柔性机械加工车间逆调度问题研究

为提高机械加工车间在动态生产环境下的效率和稳定性,建立了考虑机器与工人约束的柔性机械加工车间逆调度问题模型。该模型以最小化完工时间、机器能耗和逆偏差指数为目标,通过调整工件排产、工人作业以及机加工工艺参数对原始调度方案进行优化。针对问题特征,提出了一种差分进化算法。在算法中,设计了混合双层编码方式以降低搜索难度;提出了两种基于调度规则的初始化方式以提高种群质量;为加强和平衡全局与局部搜索,设计了自适应遗传操作以及基于精英选择的局部搜索策略;改进了哈明距离,并提出了一种拥挤度算子以反映种群真实多样性。在实验中构建了33组测试算例,并将所提算法与其他7种算法进行对比,验证了所提算法性能。最后,分析了某液压缸生产车间在两种不同动态环境下的真实逆调度案例,结果表明,所提算法能够在较小程度改变原始调度的情况下缩短4.2%的完工时间、降低20.2%的机器能耗。

基于深度强化学习的柔性作业车间节能调度研究

针对当前柔性作业车间节能调度研究无法充分利用历史生产数据,且对复杂、动态、多变的车间生产环境适应性不足的问题,引入深度强化学习思想,利用具有代表性的深度Q网络(deep Q-network,DQN)求解柔性作业车间节能调度问题。将柔性作业车间节能调度问题转化为强化学习对应的马尔科夫决策过程。进而,提炼表征车间生产状态特征的状态值作为神经网络输入,通过神经网络拟合状态值函数,输出复合调度动作规则实现对工件以及加工机器的选择,并利用动作规则与奖励函数协同优化能耗。在3个不同规模的案例上与非支配排序遗传算法、超启发式遗传算法、改进狼群算法等典型智能优化方法进行求解效果对比。结果表明,DQN算法有较强的搜索能力,且最优解分布情况与提出的柔性作业车间节能调度模型聚焦能耗目标相一致,从而验证了所用DQN方法的有效性。

基于熵增强混沌遗传算法的柔性作业车间调度

为使企业获得最优综合调度质量的车间调度方案,研究了多目标柔性作业车间调度数学模型及其求解算法,建立了基于最大完工时间、最大机器负荷差、机器总负荷和调度复杂度4个调度质量指标的多目标柔性作业车间调度问题模型(MFJSP),提出熵增强混沌遗传算法(ECGA)求解该模型,应用伯努利混沌映射公式改进算法选择操作,用高斯云模型改进变异算子和交叉算子,提高算法的全局寻优能力和搜索效率。根据计算的交叉概率和变异概率执行切牌式交叉操作和两基因片段式变异操作提高种群基因的多样性。以M8J12P3调度问题为例验证了MFJSP模型和ECGA算法的有效性。结果表明,与SGA、PSO和ABC相比,ECGA具有更快的收敛速度和更好的全局搜索能力,有助于企业提高生产效率和降低成本。

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。

面向需求响应市场的柔性负荷调度方法研究

为保障新能源的充分消纳和电力系统的安全性及可靠性,需要更多的灵活性资源参与调度,以市场化手段制定负荷聚合商等新型主体的调度运行机制,充分发挥其调节能力,对新型电力系统的建设和发展具有重要意义。从参与主体、准入条件、响应规则和补偿规则4方面分析了目前柔性负荷参与需求响应现状,根据负荷控制场景下的调频及调峰需求,构建柔性负荷优化调度模型。按照目前大部分省市所应用单边报量报价的模式,以“价格优先、容量优先”竞价原则,决定补贴价格及各负荷主体响应量。利用包括独立负荷及负荷聚合商在内的5000个柔性负荷规模系统测试调度优化速度,测试表明模型满足需求响应市场下快速高效调整负荷的需求。