[發(fā)明專利]一種基于超啟發(fā)式算法的智能柔性作業(yè)車間主動調(diào)度方法

在審

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• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN114676987A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 江志剛;陳鑫;朱碩;楊潔;段榮;潘志強(qiáng);柳雅;張俊輝;林芷萱;張慶
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q10/04;G06Q50/04;G06N3/00;G06N3/12
• 代理公司: 武漢華之喻知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 梁鵬;張彩錦

本發(fā)明屬于柔性作業(yè)車間調(diào)度相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，并公開了一種基于超啟發(fā)式算法的智能柔性作業(yè)車間主動調(diào)度方法，包括：構(gòu)建帶作業(yè)釋放時間的柔性作業(yè)車間調(diào)度模型，并確定對應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)；針對柔性作業(yè)車間調(diào)度模型，基于超啟發(fā)式算法對工序排序規(guī)則、設(shè)備選擇規(guī)則分別進(jìn)行挖掘優(yōu)化，然后采用優(yōu)化后的規(guī)則實(shí)現(xiàn)柔性作業(yè)車間的主動調(diào)度過程。通過本發(fā)明，能根據(jù)不同的車間環(huán)境挖掘出車間最優(yōu)調(diào)度規(guī)則，并且通過對啟發(fā)式算法的設(shè)計使得算法生成的調(diào)度方案在主動調(diào)度集中，在確保能得到最優(yōu)調(diào)度方案的同時有效減少了算法的計算成本，大大提高了算法計算效率，因而尤其適用于對調(diào)度實(shí)時性要求高的智能柔性作業(yè)車間應(yīng)用場合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于柔性作業(yè)車間調(diào)度相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于超啟發(fā)式算法的智能柔性作業(yè)車間主動調(diào)度方法。

背景技術(shù)

調(diào)度問題是制造流程規(guī)劃和管理中最為關(guān)鍵的問題之一。作業(yè)車間問題(JSP)可以描述為：車間內(nèi)有多個工件，每個工件有自己的工藝路線，工藝路線中包含多道工序，每道工序只能在一臺機(jī)床上加工，機(jī)床在同一時刻只能加工一個工件；調(diào)度的目的就是確定每道工序的開始加工時間和結(jié)束加工時間，以最優(yōu)化目標(biāo)性能。柔性作業(yè)車間調(diào)度問題(FJSP)是車間調(diào)度的更一般情況，每道工序可以有多臺機(jī)床選擇，從而降低工序?qū)Y源的競爭。隨著現(xiàn)代化車間具有相同功能機(jī)床的增加，此類問題的調(diào)度問題也越來越突出。

專利檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中針對柔性作業(yè)車間調(diào)查問題已經(jīng)提出了一些解決方案。例如，CN110619437A公開了一種低能耗柔性作業(yè)車間調(diào)度方法，其中采用改進(jìn)遺傳算法，采用多層編碼策略，得出能源消耗和完工時間最優(yōu)情況；CN110796355A公開了一種基于動態(tài)解碼機(jī)制的柔性作業(yè)車間調(diào)度方法，其中提出可采用改進(jìn)MOGA進(jìn)行求解，并融入基于工件優(yōu)先順序交叉方法來完成對多目標(biāo)柔性作業(yè)車間調(diào)度的最優(yōu)化設(shè)計。又如，CN111967654A公開了一種基于混合遺傳算法求解柔性作業(yè)車間調(diào)度方法，其中提出了將鯨魚群算法得出的鯨魚個體與遺傳算法得到的染色體進(jìn)行重組，從而改善了局部最優(yōu)的不足，增強(qiáng)了求解精度和穩(wěn)定性。

然而，進(jìn)一步的研究表明，上述現(xiàn)有技術(shù)仍存在以下的不足或缺陷：首先，此類調(diào)度方法對于不同復(fù)雜車間環(huán)境的工況下，往往存在算法計算成本高、效率不足等問題；其次，現(xiàn)有技術(shù)中對如何實(shí)現(xiàn)柔性作業(yè)車間的主動調(diào)度方面考慮不足，相應(yīng)無法滿足對調(diào)度實(shí)時性要求高的智能制造車間；最后，在引入算法的過程中，如何在不破壞種群多樣性的前提下進(jìn)一步加快算法的進(jìn)化效率，正構(gòu)成本領(lǐng)域中亟待解決的關(guān)鍵問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或需求，本發(fā)明的目的在于提供一種基于超啟發(fā)式算法的智能柔性作業(yè)車間主動調(diào)度方法，其中通過對整個調(diào)度流程重新進(jìn)行了設(shè)計，并對關(guān)鍵操作步驟及算法機(jī)理等多個方面作出針對性改進(jìn)，相應(yīng)在確保能得到最優(yōu)調(diào)度方案的同時進(jìn)一步降低了算法的計算成本，顯著提高了算法計算效率；此外，本發(fā)明能夠有效根據(jù)不同復(fù)雜車間環(huán)境來主動挖掘與其相適應(yīng)的調(diào)度規(guī)則，更為靈活且效果更優(yōu)，因而尤其適用于對調(diào)度實(shí)時性要求高的智能柔性作業(yè)車間應(yīng)用場合。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種基于超啟發(fā)式算法的智能柔性作業(yè)車間主動調(diào)度方法，其特征在于，該方法包括：

S1：建模步驟

構(gòu)建帶作業(yè)釋放時間的柔性作業(yè)車間調(diào)度模型，并確定對應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)；

S2：主動調(diào)度步驟

S21：根據(jù)柔性作業(yè)車間及待加工工件的相關(guān)基礎(chǔ)信息，確定可調(diào)度工序集合和可加工設(shè)備集合；

S22：基于超啟發(fā)式算法對工序排序規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化，并采用優(yōu)化后的規(guī)則來計算可調(diào)度工序集合中各工序優(yōu)先級，選擇優(yōu)先級最高的工序作為加工工序；

S23：基于超啟發(fā)式算法對設(shè)備選擇規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化，并采用優(yōu)化后的規(guī)則來計算可加工設(shè)備集合中各設(shè)備優(yōu)先級，選擇選擇優(yōu)先級最高的設(shè)備作為所述工工序的加工設(shè)備，然后將工序安排在此設(shè)備的最早可加工時間段上；