[發明專利]一種基于免疫網絡理論的生產調度優化算法

在審

• 申請號: 201711498612.8
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108196517A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 張啟亮;胡銀光;周林林;邵世龍;王濤;馬佗
• 申請（專利權）人: 江蘇徐工信息技術股份有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 徐州市三聯專利事務所 32220
• 代理人: 周愛芳

一種基于免疫網絡理論的生產調度優化算法，根據免疫系統中的信息處理機制，將人工免疫系統中的免疫網絡理論引入生產調度系統，設計、基于獨特型網絡的免疫調度算法；根據獨特型網絡理論對最優調度規則建立獨特型網絡，定義了有效的抗體結構和抗原結構，將最優調度規則、當前車間狀態定義為抗體，將車間狀態定義為抗原；通過抗體與抗原的匹配、抗體間親和力計算、抗體濃度計算、抗體選擇，說明免疫調度算法求解調度問題的過程。本發明設計的免疫調度算法遠遠優于其他單個啟發式規則調度算法，展現了免疫調度算法處理多目標動態調度問題的效率和有效性。

技術領域

本發明涉及互聯網通訊技術領域，具體涉及一種基于免疫網絡理論的生產調度優化算法。

背景技術

在工業“4.0”的時代大背景下，信息技術與制造技術蓬勃發展，相互交融，促進了制造業向“智能制造”方向發展，“智能制造”的提出將引發制造生產模式的深入變革。研究“智能制造”下的生產調度優化問題，具有前瞻性，也是未來解決眾多智能生產問題的核心問題之一。本發明針對智能制造背景下的加工車間，對其進行描述，分析了生產調度優化問題的特點。針對車間生產系統具有實時動態性和高度柔性的特點，對其生產調度優化問題進行了深入研究。采取離散事件仿真建模和啟發式調度規則以及人工免疫系統的理論進行仿真優化，取得了一些可行的研究成果。

規則調度方法是生產實踐中應用最為廣泛的啟發式調度方法。它是通過一定的調度規則(Dispatching Rule)，對工件/設備進行優先級排序，控制車間制造系統中的物流過程。規則調度實際上是一個多級決策的過程，在各決策點，當有多個工件或多臺設備可用時，首先選擇優先級最高的工件/設備。研究表明，多種優先規則組合起來更具優勢。

規則調度方法簡單、易于實現，但自適應能力差，不適用于動態調度環境。本發明先后采用了63種最優調度規則和免疫調度規則求解同樣的車間調度問題，通過MATLAB編程，生成大量仿真測試數據，經統計分析，免疫調度算法在1000個測試樣本中勝出的累計頻數遠遠高于所有的啟發式調度規則算法，說明基于最優調度規則的調度算法在調度性能上的表現要差于本發明提出的免疫調度算法。

發明內容

根據現有技術的不足，本發明基于免疫網絡理論中的獨特型網絡提出了一種免疫調度算法，經過大量仿真測試，結果表明所設計的免疫調度算法與最優調度規則相比，能更快速地找到調度目標函數的解，且求得的函數值更優，為實現智能加工車間的多目標調度和提高調度的自適應性提供了一種有效的方法。

本發明按以下技術方案實現：

一種基于免疫網絡理論的生產調度優化算法，該方法為：首先根據規則調度方法提出了63種優先級調度規則對隨機動態到達智能加工車間的工件進行仿真調度，得到了滿足單個調度目標最優的調度規則及車間結構仿真參數，用于同后面提出的免疫調度算法的性能作比較；然后，根據免疫系統中的信息處理機制，將人工免疫系統中的免疫網絡理論引入生產調度系統，設計、基于獨特型網絡的免疫調度算法；根據獨特型網絡理論對最優調度規則建立獨特型網絡，定義了有效的抗體結構和抗原結構，將最優調度規則、當前車間狀態定義為抗體，將車間狀態定義為抗原；通過抗體與抗原的匹配、抗體間親和力計算、抗體濃度計算、抗體選擇，說明免疫調度算法求解調度問題的過程；通過MATLAB，生成大量仿真測試數據，來驗證免疫調度算法的調度性能。

優選的是，所述63種優先級調度規則包括工件調度規則和機器指派規則。

優選的是，所述工件調度規則包括三種調度模式，分別為簡單規則調度、符合規則調度和自定義規則調度。

優選的是，所述機器指派規則包括三種機器指派規則，分別為選擇工作量最小的機器，選擇利用率最低機器和選擇隊長最短的機器。