[發明專利]一種雙資源約束柔性車間調度和布局集成優化方法及系統

在審

• 申請號: 202110303876.3
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN112990716A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 韓杰;張夢釵;丁祥海
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q10/04;G06Q50/04;G06N3/12;G06F30/27;G06F111/04;G06F111/06
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了一種雙資源約束柔性車間調度和布局集成優化方法及系統，其中涉及的一種雙資源約束柔性車間調度和布局集成優化方法，包括：S11.獲取與車間完工時間相對應的車間布局和車間調度信息；S12.構建雙資源約束柔性車間調度和車間布局集成的優化模型；S13.采用遺傳模擬退火算法對構建的優化模型進行求解，輸出最優調度方案和布局方案。本發明建立以最小化完工時間為目標的雙資源約束柔性作業車間調度和布局優化集成模型，采用模擬遺傳退火算法進行求解，使得車間調度和布局集成優化能夠有效的減少完工時間，遺傳模擬退火算法能夠有效的求解雙資源約束柔性車間調度和布局集成優化問題，具有良好的綜合求解能力。

技術領域

本發明涉及車間調度技術領域，尤其涉及一種雙資源約束柔性車間調度和布局集成優化方法及系統。

背景技術

在多品種短周期的市場競爭環境中，時間已經成為企業競爭力的重要方面。設備和工人是影響加工時間的關鍵資源要素(簡稱雙資源)，調度和布局是影響時間的重要因素。兩者通過運輸時間相互聯系，不同的布局產生不同的搬運時間，不同搬運時間導致不同設備空閑/等待時間，從而影響作業調度。當布局發生變化，運輸時間發生變化，調度方案也會發生變化，時間隨之發生變化。若要追求完工時間最短，需要綜合考慮雙資源約束，集成調度和布局，但目前這方面的研究還比較罕見。自1967年NELSON[Nelson R T.ApplicationSeries,Part 1||Errata:Labor and Machine Limited Production Systems[J].Management Science,1972,19(4):468]提出雙重資源車間調度問題以來，許多學者開始對此問題求解展開研究，如Li[Li J,Huang Y.A Hybrid Genetic Algorithm for Dual-Resource Constrained Job Shop Scheduling Problem[J].ComputersIndustrialEngineering,2016,102:113-131]提出的分支種群遺傳算法、Lei[Lei D,Guo X.Aneffective neighborhood search for scheduling in dual-resource constrainedinterval job shop with environmental objective[J].International Journal ofProduction Economics,2015,159(jan.):296-303]提出的兩階段動態鄰域搜索算法、周亞勤[ZHOU yaqin,YANG changqi,LU youlong.Scheduling the Production of AerospaceStructural Parts with Dual Resource Constraints[J].Journal of MechanicalEngineering,2018,54(09):55-63(in Chinese)]提出的嵌套式蟻群-遺傳算法、婁航宇[LOU hangyu,ZHANG jishan,ZHAO yunbo.Scheduling method for aerospacecomponents production shop based on extended dual resource constrain[J].Computer Integrated Manufacturing Systems,2020,26(12):3329-3340(in Chinese)]提出的教與學算法、Wu[Wu R,Li Y,Guo S,et al.Solving the dual-resourceconstrained flexible job shop scheduling problem with learning effect by ahybrid genetic algorithm[J].Advances in Mechanical Engineering,2018,10(10)]提出的混合遺傳算法、吳秀麗[WU xiuli,LI hongyu.Sustainable flexible job shopscheduling problem considering dual resources[J/OJ].Computer IntegratedManufacturing Systems,1-25[2021-01-14]]提出的改進的MOEA/D算法、L[Meng L,ZhangC,Zhang B,et al.Mathematical Modeling and Optimization of Energy-ConsciousFlexible Job Shop Scheduling Problem With Worker Flexibility[J].IEEE Access,2019,7(2019):68043-68059]提出的可變鄰域搜索算法、曾強[ZENG Qiang,SHEN Ling,RENHua,et al.Multi-objective scheduling method for batch production FJSP withdual resource[J].Computer Engineering and Applications,2015,51(1):250-256(inChinese)]提出的多目標精細化調度方法等，這些方法考慮的因素包括工人的學習能力、批量、能源消耗、經濟/社會/環境等，完工時間最短是這些方法追求的目標之一。但是這些方法是基于已有布局或者不考慮布局下的優化，沒有考慮布局變化對完工時間的影響。車間布局問題是經典的車間運作問題，這方面的研究文獻甚多，如文獻[Anjos M F,Vieira M VC.Mathematical optimization approach for facility layout on several rows[J].Optimization Letters,2020(1)]、[[11]Chao,Guan,Zeqiang,et al.Multi-objectiveparticle swarm optimization for multi-workshop facility layout problem-ScienceDirect[J].Journal of Manufacturing Systems,2019,53:32-48]等從搬運距離、搬運成本、面積利用率和物流強度等角度對多行車間布局進行優化。運輸時間是布局問題的重要目標之一，通過優化設備在車間的位置，減少設備間的距離來實現作業間運輸時間減少，這方面的研究包括Kheirkhah[Kheirkhah A,Navidi H,Messi Bidgoli M.DynamicFacility Layout Problem:A New Bilevel Formulation and Some MetaheuristicSolution Methods[J].IEEE Transactions on Engineering Management,2015,62(3):396-410]等將總搬運時間作為布局優化的目標之一。但這些文獻既沒有考慮工人也沒有考慮調度方案對完工時間的影響。有少部分學者對布局和調度進行集成優化研究，如Mohammad[Ranjbar M,Razavi M N.A hybrid metaheuristic for concurrent layoutand scheduling problem in a job shop environment[J].The International Journalof Advanced Manufacturing Technology,2012,62(9-12):1249-1260]等，但這些研究只考慮了設備這一種資源，沒有考慮工人的約束。