[發(fā)明專利]一種基于協(xié)同算法的時(shí)間約束型并行機(jī)節(jié)能調(diào)度方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010431729.X
• 申請(qǐng)日: 2020-05-20
• 公開（公告）號(hào): CN111665799B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬非;盧弘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 孫永申

本發(fā)明涉及一種基于協(xié)同算法的時(shí)間約束型并行機(jī)節(jié)能調(diào)度方法，涉及制造行業(yè)生產(chǎn)調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域。面向來源于橡膠成型工序的調(diào)度需求，基于協(xié)同算法的時(shí)間約束型并行機(jī)節(jié)能調(diào)度方法包括以下步驟：(1)對(duì)時(shí)間約束型并行機(jī)節(jié)能調(diào)度問題以數(shù)學(xué)符號(hào)進(jìn)行形式化描述并且明確考慮的性能指標(biāo)；(2)建立考慮滿足最大完工時(shí)間約束以及最小化能耗的并行機(jī)調(diào)度模型；(3)針對(duì)調(diào)度模型設(shè)計(jì)一種協(xié)同算法進(jìn)行求解；(4)依據(jù)算法結(jié)束得到的調(diào)度方案生成對(duì)應(yīng)的調(diào)度甘特圖并記錄相應(yīng)的能耗以及最大完工時(shí)間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以兼顧最大完工時(shí)間要求以及節(jié)能目標(biāo)，同時(shí)設(shè)計(jì)的協(xié)同算法具有良好的搜索性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制造行業(yè)生產(chǎn)調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于協(xié)同算法的時(shí)間約束型并行機(jī)節(jié)能調(diào)度方法。

背景技術(shù)

并行機(jī)調(diào)度(Parallel?Machine?Scheduling)是一類典型的生產(chǎn)調(diào)度問題。一方面，并行機(jī)常見于鋼鐵、橡膠等制造企業(yè)，有效的并行機(jī)調(diào)度方法是企業(yè)管理者提高生產(chǎn)效益的重要手段。另一方面，并行機(jī)調(diào)度問題往往是NP難問題，這意味著并行機(jī)調(diào)度問題的求解存在較大難度。

在橡膠制造的成型工序中，往往具有多臺(tái)并行的成型機(jī)，可以將其作為一類并行機(jī)調(diào)度問題研究。成型工序是橡膠制造流程的中間工序，位于混煉和硫化兩道工序之間。受到混煉的影響，待成型的工件往往具有不同的到達(dá)時(shí)間。另一方面，考慮硫化工序?qū)τ谏a(chǎn)計(jì)劃的要求，成型工序的最大完工時(shí)間必須滿足一定的限制值。隨著節(jié)能減排越來越受到重視，企業(yè)管理者同樣關(guān)注如何盡可能降低能耗。

在當(dāng)前的并行機(jī)調(diào)度技術(shù)方法中，大部分技術(shù)僅考慮優(yōu)化時(shí)間相關(guān)的性能指標(biāo)，例如總流經(jīng)時(shí)間(中國(guó)專利：CN107609678A)、平均加工周期(中國(guó)專利：CN105320105A)等。近年來，在中國(guó)專利“基于蟻群算法的鋁型材車擠壓車間能耗優(yōu)化調(diào)度方法”(CN104360660A)中，楊海東等面向鋁型材擠壓車間生產(chǎn)調(diào)度過程，將其抽象為考慮時(shí)差電價(jià)及其能耗的非等同并行機(jī)調(diào)度問題。然而在當(dāng)前并行機(jī)調(diào)度技術(shù)中，尚未見兼顧滿足最大完工時(shí)間要求以及降低能耗的方法。

在求解方法上，考慮到并行機(jī)調(diào)度問題NP難的特點(diǎn)，探討其近似解是主流的求解方案。作為獲取優(yōu)化問題近似最優(yōu)解常用方法之一的元啟發(fā)式算法(Meta-heuristic)在調(diào)度領(lǐng)域也受到青睞。當(dāng)前的技術(shù)方法中，往往是基于單一元啟發(fā)式算法，例如遺傳算法(中國(guó)專利：CN107301473A)、蟻群算法(CN104360660A)等。然而，隨著問題規(guī)模、目標(biāo)等變得復(fù)雜，單一元啟發(fā)式算法往往難以保持求解性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于協(xié)同算法的時(shí)間約束型并行機(jī)節(jié)能調(diào)度方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種基于協(xié)同算法的時(shí)間約束型并行機(jī)節(jié)能調(diào)度方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：針對(duì)時(shí)間約束型并行機(jī)節(jié)能調(diào)度問題進(jìn)行數(shù)學(xué)形式描述，并設(shè)置考慮的性能指標(biāo)；

步驟2：建立與數(shù)學(xué)形式描述的時(shí)間約束型并行機(jī)節(jié)能調(diào)度問題對(duì)應(yīng)的并行機(jī)調(diào)度模型及對(duì)應(yīng)的約束條件；

步驟3：針對(duì)并行機(jī)調(diào)度模型采用協(xié)同算法進(jìn)行求解，得到作為調(diào)度方案的求解結(jié)果；

步驟4：依據(jù)得到的作為調(diào)度方案的求解結(jié)果生成對(duì)應(yīng)的調(diào)度甘特圖以進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)，并記錄實(shí)際的對(duì)應(yīng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述的步驟1中的考慮的性能指標(biāo)包括：滿足最大完工時(shí)間C_max小于限定值D的要求以及能耗E最小化的要求。

進(jìn)一步地，所述的步驟2中的并行機(jī)調(diào)度模型的優(yōu)化目標(biāo)包括能耗E最小化，其對(duì)應(yīng)的描述公式為：

MinimizeE＝E_p+E_i