[發明專利]面向連續生產的生產與運輸聯合調度方法

有效

• 申請號: 201810832869.0
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN109086990B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 張維存;張曼;李雨鑫;張博涵
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q10/08;G06Q50/30;G06N3/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

1.一種面向連續生產的生產與運輸聯合調度方法，該方法采用分段解碼的方式保證生產的連續性，利用角色互換的人工蜂群算法擴大解的范圍，包括以下步驟：

第一步、問題描述

生產商期初接收了n個客戶的訂單，每個訂單需要不同種類成品，O＝{W₁,W₂,...,W_n}表示訂單集合，訂單W_i需要成品i，且需求量為q_i，生產需要m種原料；車輛從生產商出發，首先運輸原料j，原料到達生產商后放入原料庫，待所有原料齊備保證連續生產后再生產；生產中需要按一定比例投入原料j，并以恒定生產率P生產并包裝為n種規格的成品進行銷售；完工的成品可直接運送至客戶，若當前無可用車輛進行配送，則轉入成品庫等待配送；生產商從物流企業租賃K輛車運輸，車輛k的容積為V_k，原料j的一個采購周期為成品i的一個配送周期為所有的車輛既可以運輸原料也可以運輸成品，其中成品i的裝載率為β_i；

第二步、模型構建

以x_kaj、x_kai為決策變量，以公式(2)-(8)為約束條件，以公式(1)為目標函數，構建模型；x_kaj表示若第a次排k號車去運輸原料j，其值為1；若不運輸原料j，其值為0；x_kai表示若第a次排k號車去運輸成品i，其值為1；若不運輸成品i，其值為0；

C_kaz≤V_k (8)

第三步、構建二維編碼矩陣

以物料z與車輛k匹配的優先權值構建二維編碼矩陣，二維編碼矩陣中的元素用P_e(z,k)表示，P_e(z,k)通過公式(9)得到，

P_e(z,k)＝|ln(1+x_zk)/(1-x_zk)| (9)

其中，x_zk∈(0,1)之間的隨機數；

第四步、分段解碼：

運輸時優先安排原料運輸的方式進行分段解碼，已知成品i的需求q_i，確定原料j的需求量r_j，進而獲取所有物料需要的運量；其次，設定當前時刻t及前時刻t'為0，即t＝t'＝0，原料庫存和成品庫存都為0；最后，確定各類物料的運輸車次、每次運輸的開始運輸時刻、每次運輸到達生產商時刻、每次運量及最晚車輛到達生產商的時刻

第五步、角色互換人工蜂群算法：

5-1：初始化蜂群，設定種群規模N，令引領蜂規模N^e和跟隨蜂規模N^u均為N/2，并設定全局最優適應值f，生成N^e個二維編碼矩陣，作為引領蜂的初始位置，每個二維編碼矩陣中的權值元素為P_e(z,k)，e＝1、2、…、N^e，并采用分段解碼方式求得的對應引領蜂最晚車輛到達生產商時刻作為引領蜂對應的適應值f_e；

5-2：依據引領蜂適應值f_e，利用賭輪法確定每只引領蜂的跟隨蜂數量

5-3：選定一只引領蜂，利用公式(26)產生這只引領蜂對應跟隨蜂的位置，

其中，rnd∈(0,1)之間隨機數；

每只跟隨蜂所對應的二維編碼矩陣中的權值元素為同引領蜂一樣，采用分段解碼方式求得的跟隨蜂的最晚車輛到達生產商的時刻作為跟隨蜂的適應值f_u，若f_u＜f_e，則令引領蜂的二維編碼矩陣中的元素等于跟隨蜂的二維編碼矩陣中的元素，即且f_e＝f_u，將跟隨蜂的位置傳遞給對應的引領蜂，引領蜂位置得到更新，否則引領蜂的適應值及位置不變；

5-4：N^e個引領蜂的位置以及適應值都得到更新后，將所有引領蜂適應值進行排序，得出最優適應值f'；

5-5：比較最優適應值f'與全局最優適應值f，若f'≥f，將適應值最差的引領蜂轉化為跟隨蜂，N^e＝N^e-1，并令N^u＝N^u+1；若f'＜f，令f＝f'，引領蜂、跟隨蜂分別恢復為原來的規模N^e＝N^u＝N/2，轉入步驟5-2，直到剩最后一只引領蜂，得出最后一只引領蜂對應的適應值和其對應的最優方案，即得到每次運輸物料編號z、車輛編號k、每次運量C_kaz以及每次運輸的開始運輸時刻及到達生產商時刻實現連續生產的生產與運輸聯合調度。

2.根據權利要求1所述的面向連續生產的生產與運輸聯合調度方法，其特征在于，所述分段解碼的具體步驟是：

4-1：對運輸原料j或成品i的車輛k進行卸載：判斷運輸原料j的車輛k到達時間是否小于當前時刻t，若是，卸載原料j，根據公式(10)增加相應的原料j當前庫存量車輛k變為可用狀態；同理，卸載成品i，并據公式(11)更新成品i已完成配送訂單量更新車輛k的狀態為可用；

4-2：如果生產已啟動，且時，根據公式(12)和(13)更新原料j的庫存量和成品i的庫存量如果生產未啟動且原料均有庫存，則啟動生產，并設生產開始時刻為當前時刻t，并依據公式(7)計算生產結束時刻否則繼續等待原料j運輸；

4-3：安排原料運輸：首先，根據公式(14)判斷原料j是否運輸完成，若沒有運輸完成，則安排原料j運輸，否則跳到步驟4-4；其次，根據公式(15)計算原料j已運量是否還能滿足該原料一個采購周期消耗，若公式成立，表示庫存充足，暫不安排該原料的采購運輸，否則，選擇當前狀態為可用，且最早可用時間滿足公式(16)的要求，二維編碼矩陣中優先權值最大的車輛，作為本次原料運輸的車輛k；最后，根據公式(17)和公式(5)分別計算本次原料運輸車輛的開始運輸時刻及到達生產商時刻根據公式(18)更新原料j已運量根據公式(15)再次判斷原料j的已運量是否滿足下一個采購周期內生產連續消耗，若是，則完成對該原料的運輸車輛安排；否則繼續安排該原料的運輸車輛；

其中，表示原料已運量；表示原料j的已運量耗盡的時刻；表示待原料j已運量耗盡前，安排下次采購此原料的最晚開始時刻；C_kaj表示車輛k第a次運輸的原料j的運量，為待運原料量；

4-4：安排成品運輸：根據公式(20)判斷成品i是否配送完成，若全部完成，則此次分段解碼過程結束，得到最晚車輛到達生產商時刻若沒有完成，則安排成品i運輸；

安排成品i運輸的具體過程是：選擇運輸的車輛，若成品i的待運量大于車輛k的容量且其當前庫存量可以裝滿一車，則從二維編碼矩陣中，選擇優先權值最大的滿載車輛k作為此次配送的車輛；若成品i的待運量小于車輛k的容量且待運量已產出，選擇可用車輛中的容積率最高的車輛k來配送；再次，計算時間，依據公式(21)計算開始運輸時刻進一步依據公式(5)計算到達生產商時刻最后，更新物料狀態，根據公式(22)更新成品i已運量根據公式(23)更新成品i庫存量再次根據公式(20)和庫存量判斷是否可以繼續安排運輸，若是，則繼續運行步驟4-4；否則轉入步驟4-5；

其中，表示成品i已運量；表示成品i已運量運輸完成的時刻；C_kai表示車輛k第a次運輸的成品i的運量，為待運成品量；

4-5：令t＝t'，并利用公式(25)使當前時刻t移動到下一輛車的最早到達生產商時刻或下一次原料最早采購時刻，并轉入步驟4-1；