一种分布式装配零等待流水车间调度问题的优化系统技术方案

本发明专利技术涉及制造生产调度领域和路径规划技术领域，具体涉及一种分布式装配零等待流水车间调度问题的优化系统，其包括初始调度工件序列生成模块、工厂内优化模块、工厂间优化模块和产品装配模块；其有益效果：本发明专利技术系统地分析了零等待流水车间调度问题中隐含的最优工件块知识，并将其拓展为一种新的块移动策略；本发明专利技术使用新的启发式方法来构造高质量的初始化调度序列，使得系统能够快速的搜索可行域；本发明专利技术逻辑简单、易于实现和扩展，本优化系统可以求解其他领域中的调度问题，如旅行商问题、车辆路规划问题等。车辆路规划问题等。车辆路规划问题等。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式装配零等待流水车间调度问题的优化系统


[0001]本专利技术涉及制造生产调度领域和路径规划
，具体涉及一种分布式装配零等待流水车间调度问题的优化系统。

技术介绍

[0002]复杂制造系统是“智能制造”的核心和关键，具有不确定性、多约束、多目标、多资源相互协调等特点。复杂制造系统的理论研究涉及系统工程、人工智能、运筹学、计算机技术、控制理论等多门学科。鉴于其重要的应用价值和理论价值，复杂制造系统已然成为学术界和工业界的研究热点。生产调度是制造系统能够合理运行的关键环节，也是理论研究中最为重要的问题之一。德国汉诺威大学生产系统研究所对6个不同行业的企业所做的调查结果显示，在实际的生产过程中，零件的实际加工时间只占15％。而等待、搬运、排队的时间占85％。因此合理的调度策略和高效的优化方法是制造企业在生产过程中提高生产效率、经济效益和市场竞争力的重要手段。
[0003]调度本质是一个集成决策的过程。调度问题研究的是在满足一定技术和资源的情况下，针对某项可以分解的任务，按照一定的约束条件合理地为每部分任务分配资源，最终使得所求性能指标最优。已有研究表明，绝大多数调度问题属于NP
‑
hard问题。因此，对调度问题的研究具有重要的学术意义和工程价值。调度问题存在着诸多的复杂性，例如建模难(数学模型和仿真模型难以建立或建立不准确)、维数灾难问题(随着问题规模的扩大解空间可能会呈现指数级增长的趋势)、约束复杂(存在着人力、物力、工艺、效益等多种约束)、随机性(加工过程中存在着诸多不确定因素)等。由于以上的局限性，传统的方法已不再适用于求解大规模调度问题。
[0004]因此，寻求一种不依赖于具体问题的高效调度优化算法已是大势所趋。元启发式算法是近年来出现的一类新兴优化算法，它以简单的算法结构、独特的求解思路、较低的问题耦合度被广泛应用于调度领域，逐渐成为学术界的研究热点。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了克服现有算法在解决分布式装配零等待流水车间调度问题(DANWFSP)时存在的无法满足质量的问题，提供了一种分布式装配零等待流水车间调度问题的优化系统。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种分布式装配零等待流水车间调度问题的优化系统，其特征在于，包括初始调度工件序列生成模块、工厂内优化模块、工厂间优化模块和产品装配模块；
[0008]所述初始调度工件序列生成模块包括是工件序列构造模块、产品序列构造模块和工件分配模块；
[0009]所述工厂内优化模块利用块移动策略来在各个生产工厂内对工件序列进行优化调整，基于最优工件块的块移动策略保证了父代候选解中的最优信息成功继承到子代候选
解中；
[0010]所述工厂间优化模块利用变邻域下降算法来对关键工厂和其它工厂的工件序列进行优化调整，该变邻域下降算法包含两种邻域结构，一种是关键工厂和非关键工厂间工件的交换结构，另一种是关键工厂和非关键工厂间工件的插入结构；
[0011]所述产品装配模块利用优化后的调度工件序列计算出每个产品的放行时间R
h
，根据R
h
和产品的装配时间t
h
得到所有产品在装配工厂中的组装路径。
[0012]进一步的，在初始调度工件序列生成模块中，
[0013]首先，得到每个工件在各个机器上的加工时间，然后得到组成每个产品的工件，利用NEH启发式为每个产品构造一个工件序列P
h
；其次，计算出每个产品的最早释放时间R
′
h
，利用R
′
h
和产品的装配时间t
h
计算出产品的最早装配完成时间C
′
h
，根据每个产品的C
′
h
，利用LPT构造一个产品序列π
p
，将π
p
解码为对应的待分配工件序列π
J
；最后，利用NR
a
规则将π
J
中的工件分配给各个生产工厂。
[0014]进一步的，在初始调度工件序列生成模块中，基于产品装配时间最小化原则的构造启发式方法被用来产生一个初始调度工件序列，该工件序列用于表示各个生产工厂中的工件分配情况，以及工件在生产机器上的加工路径。
[0015]进一步的，在工厂内优化模块中，基于最优工件块的块移动作为一种保优策略在算法的迭代过程中动态的调整初始调度工件序列，获得第二调度序列，该块移动操作将当前候选解中的最优子序列传承到下一代候选解中，使得候选解始终保持着较好的进化能力。
[0016]进一步的，在工厂间优化模块中的交换结构中，关键工厂中的所有工件与其他工厂中的工件进行交换，直至找到一个最优的工件序列。
[0017]进一步的，在工厂间优化模块中的插入结构中，关键工厂中的所有工件被依次取出并重新插入到其他工厂中，直至找到一个最优的工件序列。
[0018]一种计算机可读存储介质，其中包含计算机程序，该程序被CPU处理时可实现一种分布式装配零等待流水车间调度问题的优化系统所提供的方法步骤。
[0019]本专利技术具有以下有益效果：
[0020](1)本专利技术系统地分析了零等待流水车间调度问题中隐含的最优工件块知识，并将其拓展为一种新的块移动策略。
[0021](2)本专利技术使用新的启发式方法来构造高质量的初始化调度序列，使得系统能够快速的搜索可行域。
[0022](3)本专利技术逻辑简单、易于实现和扩展，本优化系统可以求解其他领域中的调度问题，如旅行商问题、车辆路规划问题等。
附图说明
[0023]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0024]图1是本专利技术中分布式装配零等待流水车间调度问题的优化系统的结构示意图；
[0025]图2是分布式装配流水车间示意图；
[0026]图3是本专利技术中初始调度工件序列生成模块提供的构造启发式的示意图；
[0027]图4是本专利技术中基于最优工件块的块移动示意图；
[0028]图5是本专利技术系统与其他系统的对比图。
具体实施方式
[0029]为了更清楚地说明本专利技术的目的、技术方案及优点，以下结合附图具体的解释每个模块的功能及优点。
[0030]实施例1：
[0031]一种分布式装配零等待流水车间调度问题的优化系统，如图1所示，包括初始调度工件序列生成模块、工厂内优化模块、工厂间优化模块和产品装配模块；
[0032]所述初始调度工件序列生成模块包括是工件序列构造模块、产品序列构造模块和工件分配模块；
[0033]所述工厂内优化模块利用块移动策略来在各个生产工厂内对工件序列进行优化调整，基于最优工件块的块移动策略保证了父代候选解中的最优信息成功继承到子代候选解中；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式装配零等待流水车间调度问题的优化系统，其特征在于，包括初始调度工件序列生成模块、工厂内优化模块、工厂间优化模块和产品装配模块；所述初始调度工件序列生成模块包括工件序列构造模块、产品序列构造模块和工件分配模块；所述工厂内优化模块利用块移动策略来在各个生产工厂内对工件序列进行优化调整，基于最优工件块的块移动策略保证了父代候选解中的最优信息成功继承到子代候选解中；所述工厂间优化模块利用变邻域下降算法来对关键工厂和其它工厂的工件序列进行优化调整，该变邻域下降算法包含两种邻域结构，一种是关键工厂和非关键工厂间工件的交换结构，另一种是关键工厂和非关键工厂间工件的插入结构；所述产品装配模块利用优化后的调度工件序列计算出每个产品的放行时间R
h
，根据R
h
和产品的装配时间t
h
得到所有产品在装配工厂中的组装路径。2.根据权利要求1所述的一种分布式装配零等待流水车间调度问题的优化系统，其特征在于：在初始调度工件序列生成模块中，首先，得到每个工件在各个机器上的加工时间，然后得到组成每个产品的工件，利用NEH启发式为每个产品构造一个工件序列P
h
；其次，计算出每个产品的最早释放时间R
′
h
，利用R
′
h
和产品的装配时间t
h
计算出产品的最早装配完成时间C
′
h
，根据每个产品的C
′
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵付青，赵金龙，杨亚红，曹洁，唐建新，张建林，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：