基于改进遗传算法解码的柔性车间调度方法、设备及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于改进遗传算法解码的柔性车间调度方法、设备及系统，属于柔性作业车间调度技术领域，包括步骤：S1，确定用于解决柔性作业车间调度的遗传算法的参数，编码及初始化种群；S2，利用改进遗传算法解码处理：在解码过程中结合多时间窗口，根据染色体的工序序列的先后顺序，在满足工序先后约束的情况下将工序插入到机器对应的最佳可行的加工时刻上，并计算、评价种群中每个染色体个体的适应度值即目标值，如果满足结束条件则输出解，解即为最优柔性车间调度，并且结束运行，否则执行后续步骤。本发明专利技术使在实际生产过程中，将任务更加合理的分配到机器的可用时间内。务更加合理的分配到机器的可用时间内。务更加合理的分配到机器的可用时间内。

【技术实现步骤摘要】
基于改进遗传算法解码的柔性车间调度方法、设备及系统


[0001]本专利技术涉及柔性作业车间调度
，更为具体的，涉及一种基于改进遗传算法解码的柔性车间调度方法、设备及系统。

技术介绍

[0002]作业车间调度问题(Job
‑
shop Scheduling Problem,JSP)是所有生产调度中最复杂、最困难、也是最具有普遍性的问题之一，是典型的NP
‑
hard问题。作业车间调度相应的优化是先进制造技术和现代化管理技术的核心。柔性作业车间调度问题(Flexible Job
‑
Shop Scheduling Problem,FJSP)是经典JSP的扩展，它不仅需要确定工序加工的顺序，还要给每个工序分配机器，因此是比JSP更加复杂的NP
‑
hard问题。目前针对柔性作业车间调度问题的群体智能优化算法研究很多，如遗传算法、模拟退火、禁忌搜索、粒子群算法。
[0003]其中，遗传算法以其鲁棒性号、通用性强、计算性能优良，且具有隐含并行性和全局搜索能力等特点，多用于解决柔性作业车间调度问题。传统遗传算法在解码时，默认机器产品从生产开始到结束的时间内都是可用的，但生产实际中，生产周期长，存在机器在夜晚、休息日、固定维修时等不工作的情况。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于改进遗传算法解码的柔性车间调度方法、设备及系统，使在实际生产过程中，将任务更加合理的分配到机器的可用时间内。
[0005]本专利技术的目的是通过以下方案实现的：
[0006]一种基于改进遗传算法解码的柔性车间调度方法，包括以下步骤：
[0007]S1，确定用于解决柔性作业车间调度的遗传算法参数，编码及初始化种群；
[0008]S2，利用改进遗传算法解码处理：在解码过程中结合多时间窗口，根据染色体的工序序列的先后顺序，在满足工序先后约束的情况下将工序插入到机器对应的最佳可行的加工时刻上，并计算、评价种群中每个染色体个体的适应度值即目标值，如果满足结束条件则输出解，解即为最优柔性车间调度，并且结束运行，否则执行后续步骤S3～步骤S6。
[0009]进一步地，所述后续步骤包括：
[0010]S3，用锦标赛选择方法进行选择操作，并采用有放回的抽样，从种群中选择个体，将目标值最好的个体放入交叉池中，选取出下一代；
[0011]S4，交叉，对交叉池中的染色体个体满足交叉概率的染色体按照交叉策略进行交叉操作；
[0012]S5，变异，对交叉得到的染色体满足变异概率的染色体个体按变异策略进行变异，得到新一代种群；
[0013]S6，将新一代种群返回步骤S2，继续利用改进遗传算法解码处理。
[0014]进一步地，在步骤S1中，编码由机器序列和工序序列两部分组成，形成一个染色
体，也就是柔性车间调度的一个可行解；其中，机器序列中每个基因代表该工序选择的第几台可用加工机器；工序序列中，每个基因代表工件号，根据其在染色体中出现第几次表示其第几道工序。
[0015]进一步地，在步骤S1中，所述初始化包括子步骤：采用全局搜索、局部搜索和随机初始化的方案，将其比例分别设置为0.6、0.2、0.2，生成种群个体。
[0016]进一步地，在步骤S2中，包括子步骤：
[0017]步骤S21，对机器选择部分解码，从左到右依次读取机器部分染色体，并转换到机器顺序矩阵Jm和时间顺序矩阵T；Jm(j，h)表示第j个工件的第H道加工工序的机器号，Jm(j，
…
)表示工件j的所有加工工序按照优先顺序加工的各个机器号的排列，T(j，h)表示第j个工件的第h道工序加工时间；Jm(j，h)与T(j，h)是一一对应关系；
[0018]步骤S22，对工序部分染色体进行解码，根据机器选择部分解码得到的机器矩阵和时间矩阵，同时结合个机器的有效工作时间即多时间窗口，依次得到每个工件的加工工序所对应的加工机器和加工时间，得到调度结果。
[0019]进一步地，在步骤S22中，包括子步骤：
[0020]场景1，如果工序Ojh既是工件Jj的第一道工序，又是机器Mi第一道加工工序，从第一个大于该工序的加工时长的时间窗的开始时间开始进行加工；
[0021]场景2，如果工序Ojh不是工件Jj的第一道工序，但是是机器Mi的第一道加工工序，那么用它的上道工序Oj(h
‑
1)的结束时间与机器Mi的时间窗作比较，存在如下两种情况：情况1：它的上道工序Oj(h
‑
1)的结束时间小于机器Mi其中的第一个时间窗的开始时间，且该时间窗大于该工序的加工时间，那么该工序从该时间窗的开始时间开始加工；情况2：它的上道工序Oj(h
‑
1)的结束时间大于于机器Mi其中的第一个时间窗的开始时间，且该时间窗的结束时间减去它的上道工序Oj(h
‑
1)的结束时间的差值大于该工序的加工时间，那么该工序从它上道工序结束开始加工；
[0022]场景3，如果工序Ojh既不是工件Jj的第一道工序，又不是机器Mi第一道加工工序，那么，首先求出该机器剩余的可用时间段，然后再根据场景2中的情况进行解码。
[0023]进一步地，在步骤S4中，包括子步骤：
[0024]机器序列采用的是均匀交叉方式，随机生成交叉的多个位置，将2个个体的对应位置的基因进行互换；工序序列采用POX交叉方式，将工件集随机分成2个集合J1和J2，子代染色体C1/C2继承父代P1/P2中集合J1/J2内的工件所对应的基因，C1/C2其余的基因位则分别由P1/P2删除了C1/C2中已经确定的基因后所剩的基因按顺序填充。
[0025]进一步地，在步骤S5中，包括子步骤：
[0026]染色体机器序列部分采用随机替换可使用机器，随机从其机器序列中选出一个基因，根据该基因找到所属的工序，从其可选机器集中随机选择一个机器号，代替该基因；染色体工序序列采用互换变异，随机选择2个位置，对基因进行互换。
[0027]一种基于改进遗传算法解码的柔性车间调度设备，包括处理器和存储器，存储器中存储有程序，当程序被处理器加载时执行如上任一所述的基于改进遗传算法解码的柔性车间调度方法。
[0028]一种基于改进遗传算法解码的柔性车间调度系统，包括如上所述的基于改进遗传算法解码的柔性车间调度设备。
[0029]本专利技术的有益效果包括：
[0030]本专利技术只将在产品生产周期内的机器可用时间参与柔性作业车间调度问题中，通过采用改进遗传算法解码进行求解，使其更加符合生产实际。提供了一种结合多时间窗口求解柔性车间调度的新方法，相比于基于传统的遗传算法的调度方法在求解质量上更加贴合实际，任务调度更加合理。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进遗传算法解码的柔性车间调度方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，确定用于解决柔性作业车间调度的遗传算法的参数，编码及初始化种群；S2，利用改进遗传算法解码处理：在解码过程中结合多时间窗口，根据染色体的工序序列的先后顺序，在满足工序先后约束的情况下将工序插入到机器对应的最佳可行的加工时刻上，并计算、评价种群中每个染色体个体的适应度值即目标值，如果满足结束条件则输出解，解即为最优柔性车间调度，并且结束运行，否则执行后续步骤S3～步骤S6。2.根据权利要求1所述的基于改进遗传算法解码的柔性车间调度方法，其特征在于，所述后续步骤包括：S3，用锦标赛选择方法进行选择操作，并采用有放回的抽样，从种群中选择个体，将目标值最好的个体放入交叉池中，选取出下一代；S4，交叉，对交叉池中的染色体个体满足交叉概率的染色体按照交叉策略进行交叉操作；S5，变异，对交叉得到的染色体满足变异概率的染色体个体按变异策略进行变异，得到新一代种群；S6，将新一代种群返回步骤S2，继续利用改进遗传算法解码处理。3.根据权利要求1所述的基于改进遗传算法解码的柔性车间调度方法，其特征在于，在步骤S1中，所述编码由机器序列和工序序列两部分组成，形成一个染色体，也就是柔性车间调度的一个可行解；其中，机器序列中每个基因代表该工序选择的第几台可用加工机器；工序序列中，每个基因代表工件号，根据其在染色体中出现第几次表示其第几道工序。4.根据权利要求1所述的基于改进遗传算法解码的柔性车间调度方法，其特征在于，在步骤S1中，所述初始化包括子步骤：采用全局搜索、局部搜索和随机初始化的方案，将其比例分别设置为0.6、0.2、0.2，生成种群个体。5.根据权利要求1所述的基于改进遗传算法解码的柔性车间调度方法，其特征在于，在步骤S2中，包括子步骤：步骤S21，对机器选择部分解码，从左到右依次读取机器部分染色体，并转换到机器顺序矩阵Jm和时间顺序矩阵T；Jm(j，h)表示第j个工件的第H道加工工序的机器号，Jm(j，
…
)表示工件j的所有加工工序按照优先顺序加工的各个机器号的排列，T(j，h)表示第j个工件的第h道工序加工时间；Jm(j，h)与T(j，h)是一一对应关系；步骤S22，对工序部分染色体进行解码，根据机器选择部分解码得到的机器矩阵和时间矩阵，同时结合个机器的有效工作时间即多时间窗口，依次得到每个工件的加工工序所对应的加工机器和加工时间，得到调度结果。6.根据权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴洪波，邓锐，鲜伟，李文强，韩煦，
申请(专利权)人：成都天奥测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：