一种锡工艺品原料节能配送与加工的超启发式调度方法、系统技术方案

本发明专利技术公开了一种锡工艺品原料节能配送与加工的超启发式调度方法、系统，方法包括：建立锡工艺品原料节能配送与加工问题模型，以最小化总成本与总能耗为优化目标；采用基于超启发式调度方法对优化目标进行迭代优化，获得最优调度方案。本发明专利技术将锡工艺品原料配送与加工过程明确为一类生产与运输集成调度问题；采用二维概率模型累积和学习优质信息，并对二维概率模型采用轮盘赌操作采样生成新高层策略域种群，进而动态控制低层个体执行包含多种邻域操作组合的分阶段邻域搜索，提高了得到近似最优非劣的准确性；能在较短时间内高效地获得锡工艺品原料节能配送与加工调度问题的优质调度方案。度方案。度方案。

【技术实现步骤摘要】
一种锡工艺品原料节能配送与加工的超启发式调度方法、系统


[0001]本专利技术涉及一种锡工艺品原料节能配送与加工的超启发式调度方法、系统，属于生产与运输集成智能优化调度


技术介绍

[0002]近年来科学技术快速发展及文化艺术事业全面建设，推动了锡工艺品行业的不断发展，锡工艺品包含酒杯、酒壶、茶壶、花瓶等器皿类，这类产品既有装饰价值，也有实用价值，因此有着很大的发展潜力和需求。锡工艺品经过熔化、压片、裁料、造型、刮光、装接、擦亮、装饰雕刻等复杂工序，精心制作而成，是一种以高纯度锡为原料的金属制品，具有防腐蚀、耐磨损、不易碎的特点。随着我国经济的不断发展，锡工艺品的生产不应只由单一工厂来完成的，应根据约束条件分配到不同的工厂中生产，这样能够把多个企业或工厂的资源充分利用起来，实现资源的合理分配与优化，以最低的成本快速完成生产制造。随着能源与环境问题的日益突出，节能制造作为综合考虑环境影响和资源效益的可持续制造模式，对于应对气候变化、实现绿色发展至关重要。此外，要完成一件锡工艺品，需要从仓库将锡原料配送至工厂进行各步骤加工后产出锡工艺品。因此，对锡工艺品原料节能配送与加工过程进行调度优化有益于减少调度成本与能耗，从而提高经济效益与减少碳排放等。
[0003]在整个锡工艺品原料节能配送与加工过程中，在原料仓库有若干配送车辆，为各工厂配送所需的锡原料，各工厂需要尽早地将本次计划生产的锡工艺品生产出来。在此过程中涉及到车辆调用与配送，以及工厂对锡工艺品的生产。因此，合理规划车辆配送路径、不同工厂生产不同种类的锡工艺品以及工厂内生产锡工艺品的先后顺序，以及各工序阶段锡工艺品加工机器，从而节约成本与降低能耗，保证在较低的成本与能耗下加工完成计划生产的锡工艺品。
[0004]由于锡工艺品原料节能配送与加工过程中工厂内生产模式为混合flowshop调度(hybridflowshop scheduling problem，HFSP)，且HFSP已被证实为NP
‑
hard问题，而HFSP归约为锡工艺品原料节能配送与加工调度问题，故锡工艺品原料节能配送与加工调度问题属于NP
‑
hard 问题。由于节能锡工艺品原料节能配送与加工调度问题属于NP
‑
hard问题，该问题的求解难度随着需要生产工艺品的种类与数量呈指数型增长。对于此类问题的求解，传统的启发式方法不能保证解的质量，运筹学方法和基于动态规划的近似算法均难以在较短时间内获得优质解，而智能优化算法通过结合自身搜索机制和高效邻域搜索，能够在合理的时间内给出较为满意的解。因此，设计智能优化算法求解锡工艺品原料节能配送与加工调度问题是有必要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种锡工艺品原料节能配送与加工的超启发式调度方法，以用于高效地获得锡工艺品原料节能配送与加工的超启发式调度方法的优良解。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种锡工艺品原料节能配送与加工的超启发式调度方法，包括：建立锡工艺品原料节能配送与加工问题模型，以最小化总成本与总能耗为优化目标；采用基于超启发式调度方法对优化目标进行迭代优化，获得最优调度方案。
[0007]所述锡工艺品原料节能配送与加工问题模型，建立如下：
[0008][0009][0010][0011][0012][0013][0014][0015][0016][0017][0018][0019]F
f,f
′
＝(a0+a1×
v)P
f,f
′
×
Y
f,f
′
,f,f
′
＝0,
…
F
[0020][0021][0022][0023]TE＝η
×
AE+β
×
PE
[0024]f1＝minTC
[0025]f2＝minTE
[0026]其中，H为车辆总数，Q为车辆最大载重，q(π
h
(d))为锡工艺品的原料π
h
(d)的重量，π
h
(d) 为装入车辆h的第i个锡工艺品的原料，N
h
为车辆h载入的锡工艺品的原料总个数；为车辆h到达路径点λ
h
(1)的时间；λ
h
(f)为车辆h的第f个路径点，为车辆h到达路径点λ
h
(f)的时间，为路径点λ
h
(f
‑
1)到路径点λ
h
(f)的距离，v为车辆行驶速度，F
h
为车辆h行驶路径点总数，λ
h
(1)与λ
h
(F
h
)值为0，即表示原料仓库；为工厂λ
h
(f)加
工的第i个锡工艺品，为第i个锡工艺品的原料到达工厂λ
h
(f)的时间，π
h
∈{π
h
(1),
…
,π
h
(N
h
)}为车辆h装载的对应锡工艺品原料集合，n
f
表示工厂f加工的锡工艺品的总数，F为加工工厂总数；η
1,k
(i)为1工序阶段机器k上加工的第i个锡工艺品，为锡工艺品η
1,k
(i)在j工序阶段k机器的开工时间，为锡工艺品η
1,k
(i)在1工序阶段k机器的完工时间，为锡工艺品η
1,k
(i)原料的到达时间，M1为1工序阶段机器总数，N
1,k
为1 工序阶段k机器上加工的锡工艺品总数；η
j,k
(i)为j工序阶段机器k上加工的第i个锡工艺品，为锡工艺品η
j,k
(i)在j工序阶段k机器的开工时间，为锡工艺品η
j,k
(i)在j工序阶段k机器的完工时间，为锡工艺品η
j,k
(i)在j
‑
1工序阶段的完工时间，m为加工工序阶段总数，M
j
为j工序阶段机器总数，N
j,k
为j工序阶段k机器上加工的锡工艺品总数；为锡工艺品η
j,k
(i)在j工序阶段的加工时间，Γ为所有机器加工时的档位；为锡工艺品η
j,k
(i)在j工序阶段的完工时间；为工厂f的完工时间，为锡工艺品π
f
(i)在 m工序阶段的完工时间，π
f
(i)为工厂f加工的第i个锡工艺品；C
max
为锡工艺品最大完工时间；TC为总成本，α、β、η为各部分组成权重系数，hc为车辆调用成本；为决策变量，若车辆h从路径点f行驶至路径点f
′
，取值1，否则，取值0；D
f,f'
为路径点f到路径点f
′
的距离，tc为单位路径成本，pc为单位时间成本，路径点0表示原料仓库； F
f,f<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锡工艺品原料节能配送与加工的超启发式调度方法，其特征在于：包括：建立锡工艺品原料节能配送与加工问题模型，以最小化总成本与总能耗为优化目标；采用基于超启发式调度方法对优化目标进行迭代优化，获得最优调度方案。2.根据权利要求1所述的锡工艺品原料节能配送与加工的超启发式调度方法，其特征在于：所述锡工艺品原料节能配送与加工问题模型，建立如下：建立如下：建立如下：建立如下：建立如下：建立如下：建立如下：建立如下：建立如下：建立如下：建立如下：F
f,f
′
＝(a0+a1×
v)P
f,f
′
×
Y
f,f
′
,f,f
′
＝0,
…
FFFTE＝η
×
AE+β
×
PEf1＝minTCf2＝minTE其中，H为车辆总数，Q为车辆最大载重，q(π
h
(d))为锡工艺品的原料π
h
(d)的重量，π
h
(d)为装入车辆h的第i个锡工艺品的原料，N
h
为车辆h载入的锡工艺品的原料总个数；为车辆h到达路径点λ
h
(1)的时间；λ
h
(f)为车辆h的第f个路径点，为车辆h到达路径点λ
h
(f)的时间，为路径点λ
h
(f
‑
1)到路径点λ
h
(f)的距离，v为车辆行驶速度，F
h
为车辆h
行驶路径点总数，λ
h
(1)与λ
h
(F
h
)值为0，即表示原料仓库；为工厂λ
h
(f)加工的第i个锡工艺品，为第i个锡工艺品的原料到达工厂λ
h
(f)的时间，π
h
∈{π
h
(1),
…
,π
h
(N
h
)}为车辆h装载的对应锡工艺品原料集合，n
f
表示工厂f加工的锡工艺品的总数，F为加工工厂总数；η
1,k
(i)为1工序阶段机器k上加工的第i个锡工艺品，为锡工艺品η
1,k
(i)在j工序阶段k机器的开工时间，为锡工艺品η
1,k
(i)在1工序阶段k机器的完工时间，为锡工艺品η
1,k
(i)原料的到达时间，M1为1工序阶段机器总数，N
1,k
为1工序阶段k机器上加工的锡工艺品总数；η
j,k
(i)为j工序阶段机器k上加工的第i个锡工艺品，为锡工艺品η
j,k
(i)在j工序阶段k机器的开工时间，为锡工艺品η
j,k
(i)在j工序阶段k机器的完工时间，为锡工艺品η
j,k
(i)在j
‑
1工序阶段的完工时间，m为加工工序阶段总数，M
j
为j工序阶段机器总数，N
j,k
为j工序阶段k机器上加工的锡工艺品总数；为锡工艺品η
j,k
(i)在j工序阶段的加工时间，Γ为所有机器加工时的档位；为锡工艺品η
j,k
(i)在j工序阶段的完工时间；为工厂f的完工时间，为锡工艺品π
f
(i)在m工序阶段的完工时间，π
f
(i)为工厂f加工的第i个锡工艺品；C
max
为锡工艺品最大完工时间；TC为总成本，α、β、η为各部分组成权重系数，hc为车辆调用成本；为决策变量，若车辆h从路径点f行驶至路径点f
′
，取值1，否则，取值0；D
f,f'
为路径点f到路径点f
′
的距离，tc为单位路径成本，pc为单位时间成本，路径点0表示原料仓库；F
f,f
′
为路径点f到路径点f
′
单位燃油行驶距离，P
f,f
′
为负载系数，Y
f,f
′
为路径点f到路径点f
′
的坡度系数，a0、a1、b0、b1为油耗参数，L
f,f
′
为路径点f到路径点f
′
的载重量，L
v
为车辆长期运营下的平均载重量；AE为配送阶段总能耗，e为油耗与能耗转换系数；PE为加工阶段总能耗，ψ
j,k
(t)表示决策变量，当j工序阶段k机器在t时刻工作时，ψ
j,k
(t)取值1，否则，取值0；γ
j,k
为j工序阶段k机器加工时的单位能耗；Λ
j,k
(t)表示决策变量，当t时刻j工序阶段k机器处于待机状态，则Λ
j,k
(t)取值1，否则，取值0；Ξ
j,k
为j阶段k机器待机状态时的单位能耗；f1与f2为两个目标函数即最小化总成本与最小化总能耗；此外，锡工艺品一旦开始加工便不可中断，一台机器同一时刻只能加工一个锡工艺品，一个锡工艺品同一时刻只能在一台机器上加工，锡工艺品可在每工序阶段的任意一台机器上加工，各机器在同档位下具有相同的加工能耗和空闲能耗。3.根据权利要求1所述的锡工艺品原料节能配送与加工的超启发式调度方法，其特征在于：所述基于超启发式调度方法的步骤如下：Step1、编解码；Step2、针对低层问题域中个体的编码个体、车辆配送路径、锡工艺品分配序列中工厂加工序列、机器加工序列共设计了g种邻域操作作为低层启发式操作；Step3、初始化种群：对初始二维概率模型采样形成高层策略域的初始种群，用随机规则生成低层问题域的种群；Step4、更新概率模型：选取高层策略域种群中前bps个优质个体对二维概率模型进行更新；采用二维概率模型学习和累计优质个体信息，将优质个体中两个相邻的操
作视为操作块；定义Pop(gen)为第gen代的高层策略域种群，种群大小为ps，Pop
B
(gen)为Pop(gen)中的优质解，种群大小为bps，种群大小为bps，为Pop
B
(gen)的第k个个体；长度为g，(gen)的第k个个体；长度为g，为中位置s上的操作；为Pop
B
(gen)中所有个体中操作序...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱斌，孙蓉洁，胡蓉，袁海滨，唐瑞祥，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：