基于改进混合蛙跳算法的柔性作业车间可变分批调度方法技术

本发明专利技术属于车间调度技术领域，尤其涉及一种基于改进混合蛙跳算法的柔性作业车间可变分批调度方法，本发明专利技术以最小化最大完工时间为优化目标，基于混合蛙跳算法开发了一种考虑工序重叠与可变子批的柔性作业车间调度方法。本发明专利技术设计了一种工序级分批编码方法，将子批批量划分方案融入到编码内，更加完整地表达了解空间，并且不用引入额外的分批策略或规则，进而更高效地完成分批与调度问题的协同优化。并且针对工序重叠操作的特性，开发了一种基于工件分配与右移操作的主动解码方法，从而保证调度解的质量。还设计了一种子批扰动局部搜索算法并将其嵌入模因组进化的流程内，并通过变级操作来引导算法的搜索倾向，进而提升算法搜索效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
基于改进混合蛙跳算法的柔性作业车间可变分批调度方法


[0001]本专利技术属于车间调度
，尤其涉及一种基于改进混合蛙跳算法的柔性作业车间可变分批调度方法。

技术介绍

[0002]随着个性化定制需求的增加与市场竞争的加剧，多品种小批量离散制造模式在企业中的应用越来越广泛，生产线的配置也逐渐由刚性流水结构转变为柔性离散结构。为了更快地响应高密度的订单，企业需要不断提升生产效率，以满足高频短时的交货期要求，从而保持其核心竞争力，这需要更先进的生产调度技术与方法作为支撑。柔性作业车间调度问题（Flexible Job
‑
shop Scheduling Problem, FJSP）是离散制造模式下研究的一类重要的组合优化问题，它能够根据实际情况灵活地安排生产。然而目前大多数关于FJSP的研究将工件视为不可分割的整批进行调度，这种假设往往不能反映实际生产场景，同时也会极大地限制生产效率的优化水平，难以适应当前竞争激烈的时代。
[0003]批量流（Lot streaming, LS）是一项能够有效提升生产效率的技术，它将整批工件划分为多个较小的子批进行生产，以便充分利用不同子批之间的重叠操作来促进生产资源的合理配置，从而降低生产成本、缩短生产周期。近年来，随着客户定制化与市场多元化需求的不断提升，企业对于生产效率与柔性均提出了更高的要求，生产柔性不仅体现在生产资源的优化配置上，还体现在各产品的子批随生产过程的动态变化上，因此能够最大限度缩短完工时间的可变分批策略在实际生产中的应用越来越多。工序重叠操作（overlapping in operations, OO）是一项在批量流的基础上提出的技术，它允许子批在部分完工时即可执行下一道工序，而无需等待整个子批完工，能够有效减少在制品库存并缩短完工时间。
[0004]考虑工序重叠操作的柔性作业车间可变分批调度问题（FJSP with variable sublots and overlapping in operations, FJSP
‑
VSOO）相较于FJSP更加贴近多品种、小批量的离散制造模式，因此具有重要的理论价值与工程意义。然而，虽然同时采用工序重叠与可变子批策略能够显著缩短完工时间，但也极大地提升了问题复杂度并拓展了解空间，因此需要研究更加高效的优化策略与方法。
[0005]综上，怎样才能更加高效的优化FJSP
‑
VSOO，更高效的完成分批与调度问题的协同优化，成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于改进混合蛙跳算法的柔性作业车间可变分批调度方法，能够更加高效的优化FJSP
‑
VSOO，更高效的完成分批与调度问题的协同优化。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：基于改进混合蛙跳算法的柔性作业车间可变分批调度方法，包括以下步骤：
步骤1：获取调度任务数据并确定混合蛙跳算法的相关参数；所述相关参数包括种群规模N
p
、模因组个数M、模因组内进化次数I
e
和算法最大迭代次数I
max
；步骤2：采用工序级分批编码对种群中的各青蛙个体进行编码，并进行种群初始化；步骤3：采用基于工件分配与右移操作的主动解码方法进行解码，并评价各个体的适应度；步骤4：将种群划分为M个大小相等的模因组；步骤5：按照预设的优先级优化操作对各模因组进行进化；步骤6：判断进化后的各模因组是若满足预设的内层迭代条件，若满足则转到步骤7，若不满足则返回步骤5；所述内层迭代条件为模因组进化的次数大于I
e
；步骤7：将M个模因组重新合并为一个种群；步骤8：判断重新合并得到的种群是否满足预设的算法迭代条件，若满足则输出对应的可变分批调度方案以及对应的调度甘特图，否则返回步骤3；所述算法迭代条件为算法迭代次数大于I
max
。
[0008]优选地，步骤2中，所述工序分批编码包括工序排序编码及子批批量划分编码；工序排序编码采用基于工序的编码，编码中各位的数字分别代表对应的工件号，编码中一位的数字为该数字从左往右出现的第几次代表该数字对应工件的工序号；子批量划分编码为多行多列编码，编码的行的索引号代表工件号，列的索引号代表工序号，且任意一行索引号与任意一列索引号的结合均对应一个元素数组；所述元素数组为行序列号对应工件列序列号对应工序的分批数组，用于表示该工件该工序的子批批量划分方案；分批数组中各元素的数值表示子批批量，计算各分批数组中数值不为0的元素个数的总和得到对应工序的子批数；分批数组的长度等于对应工序的可选机器数，分批数组的列索引与该工序的可选机器索引一一对应，将该工序的第x个子批安排在此工序的第x台可选机器上加工。
[0009]优选地，步骤2中，通过随机初始化方法进行种群初始化，随机生成工序排序编码与子批量划分编码。
[0010]优选地，步骤3中，所述基于工件分配与右移操作的主动解码方法包括：采用插入式贪婪解码方法来进行解码生成主动调度解；并在此基础上，采用就近选择的工件分配策略来实现工序的重叠操作，再采用基于子批完工时间的右移操作来保证各个批次连续加工；所述工件分配表示将工件按照编码确定的可变子批方案分配到可选机器上。
[0011]优选地，步骤3中，所述就近选择的工件分配策略包括：首先将前道工序的各单件进行编号，并记录前道工序每个单件的完工时间；接着确定后续工序各单件的最早可开工时间，并选择前道工序中完工时间与该最早可开工时间最近的单件分配给该后续工序。
[0012]优选地，步骤4中，划分模因组时，先将种群中最优的M个个体进行保留，分别作为各模因组的最优个体，再通过二元锦标赛选择方法从种群中获得各模因组的剩余个体。
[0013]优选地，步骤5中，预设的优先级优化操作包括：S1、将模因组内的最差个体I
w
与模因组中随机选择的一个除I
w
与模因组内最优个体I
mb
的个体I
r
进行交叉；若交叉后的个体的适应度优于I
w
，则使用该交叉后的个体替换I
w
，否则转S2；
S2，将I
w
与模因组内最优个体I
mb
进行交叉；若交叉后的个体的适应度优于I
w
，则使用该交叉后的个体替换I
w
，否则转S3；S3，将I
w
与种群内最优个体I
gb
进行交叉；若交叉后的个体的适应度优于I
w
，则使用该交叉后的个体替换I
w
，否则转S4；S4、对I
mb
进行子批扰动局部搜索，并重新随机初始化一个个体来替换I
w
。
[0014]优选地，S1、S2及S3中进行交叉时，工序排序编码采用POX交叉，子批量划分编码采用均匀交叉。
[0015]优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于改进混合蛙跳算法的柔性作业车间可变分批调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取调度任务数据并确定混合蛙跳算法的相关参数；所述相关参数包括种群规模N
p
、模因组个数M、模因组内进化次数I
e
和算法最大迭代次数I
max
；步骤2：采用工序级分批编码对种群中的各青蛙个体进行编码，并进行种群初始化；步骤3：采用基于工件分配与右移操作的主动解码方法进行解码，并评价各个体的适应度；步骤4：将种群划分为M个大小相等的模因组；步骤5：按照预设的优先级优化操作对各模因组进行进化；步骤6：判断进化后的各模因组是若满足预设的内层迭代条件，若满足则转到步骤7，若不满足则返回步骤5；所述内层迭代条件为模因组进化的次数大于I
e
；步骤7：将M个模因组重新合并为一个种群；步骤8：判断重新合并得到的种群是否满足预设的算法迭代条件，若满足则输出对应的可变分批调度方案以及对应的调度甘特图，否则返回步骤3；所述算法迭代条件为算法迭代次数大于I
max
。2.如权利要求1所述的基于改进混合蛙跳算法的柔性作业车间可变分批调度方法，其特征在于：步骤2中，所述工序分批编码包括工序排序编码及子批批量划分编码；工序排序编码采用基于工序的编码，编码中各位的数字分别代表对应的工件号，编码中一位的数字为该数字从左往右出现的第几次代表该数字对应工件的工序号；子批量划分编码为多行多列编码，编码的行的索引号代表工件号，列的索引号代表工序号，且任意一行索引号与任意一列索引号的结合均对应一个元素数组；所述元素数组为行序列号对应工件列序列号对应工序的分批数组，用于表示该工件该工序的子批批量划分方案；分批数组中各元素的数值表示子批批量，计算各分批数组中数值不为0的元素个数的总和得到对应工序的子批数；分批数组的长度等于对应工序的可选机器数，分批数组的列索引与该工序的可选机器索引一一对应，将该工序的第x个子批安排在此工序的第x台可选机器上加工。3.如权利要求2所述的基于改进混合蛙跳算法的柔性作业车间可变分批调度方法，其特征在于：步骤2中，通过随机初始化方法进行种群初始化，随机生成工序排序编码与子批量划分编码。4.如权利要求1所述的基于改进混合蛙跳算法的柔性作业车间可变分批调度方法，其特征在于：步骤3中，所述基于工件分配与右移操作的主动解码方法包括：采用插入式贪婪解码方法来进行解码生成主动调度解；并在此基础上，采用就近选择的工件分配策略来实现工序的重叠操作，再采用基于子批完工时间的右移操作来保证各个批次连续加工；所述工件分配表示将工件按照编码确定的可变子批方案分配到可选机器上。5.如权利要求4所述的基于改进混合蛙跳算法的柔性作业车间可变分批调度方法，其特征在于：步骤3中，所述就近选择的工件分配策略...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗付强，杨云帆，宋豫川，雷琦，郭伟飞，孙爱红，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：