基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法，該方法根據(jù)動(dòng)態(tài)事件發(fā)生時(shí)調(diào)度執(zhí)行的情況，將動(dòng)態(tài)加工車間調(diào)度問(wèn)題轉(zhuǎn)換為靜態(tài)加工車間調(diào)度問(wèn)題，并利用分布估計(jì)算法進(jìn)一步求解靜態(tài)加工車間調(diào)度問(wèn)題，簡(jiǎn)化了動(dòng)態(tài)加工車間調(diào)度問(wèn)題求解的復(fù)雜度，使得在動(dòng)態(tài)事件發(fā)生時(shí)，能夠快速生成新的調(diào)度計(jì)劃。
【專利說(shuō)明】基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種加工車間調(diào)度方法，尤其涉及一種用于解決模糊時(shí)間下動(dòng)態(tài)靈活 加工車間調(diào)度問(wèn)題的基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著制造業(yè)的發(fā)展，使用科學(xué)的方法降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率已成為生產(chǎn)管 理者的共識(shí)。其中，調(diào)度問(wèn)題（Scheduling Problem)作為制造流程的基礎(chǔ)問(wèn)題，其重要性不 言而喻。在實(shí)際生產(chǎn)中，加工車間調(diào)度（Job-shop Scheduling Problem, JSP)是最為常見(jiàn)也 是最為復(fù)雜的一類調(diào)度問(wèn)題。目前，現(xiàn)有調(diào)度方法的研究多限于解決靜態(tài)的加工車間調(diào)度 問(wèn)題，即在調(diào)度之初，預(yù)先確定了加工的工作和機(jī)器。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，在執(zhí)行調(diào)度計(jì)劃 的過(guò)程中，加工車間會(huì)面臨很多動(dòng)態(tài)事件的發(fā)生，例如：機(jī)器故障、機(jī)器的調(diào)入調(diào)出、臨時(shí)性 緊急訂單的增加或是已有訂單的取消等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于上述內(nèi)容，有必要提供一種基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法，能夠在加工 車間發(fā)生動(dòng)態(tài)事件時(shí)，生成高效的調(diào)度計(jì)劃。
[0004] 一種基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法，該方法包括：轉(zhuǎn)換步驟，當(dāng)動(dòng)態(tài)事件發(fā)生 時(shí)，根據(jù)當(dāng)前調(diào)度計(jì)劃的執(zhí)行情況，將模糊時(shí)間下動(dòng)態(tài)靈活加工車間調(diào)度問(wèn)題轉(zhuǎn)換為模糊 時(shí)間下非零狀態(tài)靜態(tài)靈活加工車間調(diào)度問(wèn)題；初始化步驟，根據(jù)模糊時(shí)間下非零狀態(tài)靜態(tài) 靈活加工車間調(diào)度問(wèn)題的非零狀態(tài)初始條件，生成工序順序解序列的概率矩陣及機(jī)器排配 解序列的概率矩陣，并對(duì)所生成的工序順序解序列的概率矩陣及機(jī)器排配解序列的概率矩 陣進(jìn)行初始化；采樣步驟，對(duì)初始化后的工序順序解序列的概率矩陣及機(jī)器排配解序列的 概率矩陣進(jìn)行預(yù)設(shè)次數(shù)的采樣，產(chǎn)生預(yù)設(shè)數(shù)目的解序列個(gè)體，每個(gè)解序列個(gè)體包括工序順 序解序列和機(jī)器排配解序列；計(jì)算步驟，計(jì)算每個(gè)解序列個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，并根據(jù)目標(biāo)函 數(shù)值對(duì)每個(gè)解序列個(gè)體進(jìn)行評(píng)價(jià)；選擇步驟，對(duì)采樣所產(chǎn)生的解序列個(gè)體以及歷史最優(yōu)解 序列個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行升序排序，選擇排名在前的預(yù)設(shè)數(shù)量的解序列個(gè)體作為最優(yōu)解 序列個(gè)體；標(biāo)準(zhǔn)化步驟，對(duì)最優(yōu)解序列個(gè)體進(jìn)行編碼操作以規(guī)范化最優(yōu)解序列個(gè)體；更新 步驟，利用規(guī)范化的最優(yōu)解序列個(gè)體，更新歷史最優(yōu)解序列個(gè)體以及概率矩陣；及迭代輸出 步驟，迭代執(zhí)行上述采樣步驟至更新步驟，直至達(dá)到預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)，以迭代執(zhí)行的最后一 代的最優(yōu)解序列個(gè)體作為最終解。
[0005] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法，根據(jù)動(dòng)態(tài)事 件發(fā)生時(shí)調(diào)度執(zhí)行的情況，將動(dòng)態(tài)加工車間調(diào)度問(wèn)題轉(zhuǎn)換為靜態(tài)加工車間調(diào)度問(wèn)題，并利 用分布估計(jì)算法進(jìn)一步求解靜態(tài)加工車間調(diào)度問(wèn)題，簡(jiǎn)化了動(dòng)態(tài)加工車間調(diào)度問(wèn)題求解的 復(fù)雜度，使得在動(dòng)態(tài)事件發(fā)生時(shí)，能夠快速生成新的調(diào)度計(jì)劃。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006] 圖1是本發(fā)明基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境圖。
[0007] 圖2是本發(fā)明基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法的實(shí)施例的流程圖。
[0008] 圖3是工作順序解序列和機(jī)器排配解序列的示意圖。
[0009] 圖4是工序的三角模糊加工工時(shí)的示意圖。
[0010] 圖5是根據(jù)解序列個(gè)體繪制甘特圖的示意圖。
[0011] 主要元件符號(hào)說(shuō)明
[0012]
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法，其特征在于，該方法包括： 轉(zhuǎn)換步驟，當(dāng)動(dòng)態(tài)事件發(fā)生時(shí)，根據(jù)當(dāng)前調(diào)度計(jì)劃的執(zhí)行情況，將模糊時(shí)間下動(dòng)態(tài)靈活 加工車間調(diào)度問(wèn)題轉(zhuǎn)換為模糊時(shí)間下非零狀態(tài)靜態(tài)靈活加工車間調(diào)度問(wèn)題； 初始化步驟，根據(jù)模糊時(shí)間下非零狀態(tài)靜態(tài)靈活加工車間調(diào)度問(wèn)題的非零狀態(tài)初始條 件，生成工序順序解序列的概率矩陣及機(jī)器排配解序列的概率矩陣，并對(duì)所生成的工序順 序解序列的概率矩陣及機(jī)器排配解序列的概率矩陣進(jìn)行初始化； 采樣步驟，對(duì)初始化后的工序順序解序列的概率矩陣及機(jī)器排配解序列的概率矩陣進(jìn) 行預(yù)設(shè)次數(shù)的采樣,產(chǎn)生預(yù)設(shè)數(shù)目的解序列個(gè)體，每個(gè)解序列個(gè)體包括工序順序解序列和 機(jī)器排配解序列； 計(jì)算步驟，計(jì)算每個(gè)解序列個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，并根據(jù)目標(biāo)函數(shù)值對(duì)每個(gè)解序列個(gè)體 進(jìn)行評(píng)價(jià)； 選擇步驟，對(duì)采樣所產(chǎn)生的解序列個(gè)體以及歷史最優(yōu)解序列個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行升 序排序，選擇排名在前的預(yù)設(shè)數(shù)量的解序列個(gè)體作為最優(yōu)解序列個(gè)體； 標(biāo)準(zhǔn)化步驟，對(duì)最優(yōu)解序列個(gè)體進(jìn)行編碼操作以規(guī)范化最優(yōu)解序列個(gè)體； 更新步驟，利用規(guī)范化的最優(yōu)解序列個(gè)體，更新歷史最優(yōu)解序列個(gè)體以及概率矩陣；及 迭代輸出步驟，迭代執(zhí)行上述采樣步驟至更新步驟，直至達(dá)到預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)，以迭代 執(zhí)行的最后一代的最優(yōu)解序列個(gè)體作為最終解。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法，其特征在于，所述模糊時(shí) 間下動(dòng)態(tài)靈活加工車間調(diào)度問(wèn)題和所述模糊時(shí)間下非零狀態(tài)靜態(tài)加工車間調(diào)度問(wèn)題是在 模糊時(shí)間下靈活加工車間調(diào)度問(wèn)題的基礎(chǔ)上定義的； 所述模糊時(shí)間下靈活加工車間調(diào)度問(wèn)題的定義為： a) η個(gè)工作在m臺(tái)機(jī)器上加工，每個(gè)工作1包括叫個(gè)有序的工序A,』即
，』表示工作Λ的第j道工序，工序\』可以在機(jī)器Μ中 mi;j臺(tái)機(jī)器的任一機(jī)器上加工，所有工作的工序總數(shù)
i，其中，Ji、Mk的下標(biāo)分別為 工作編號(hào)和機(jī)器編號(hào)，〇υ_的有序?qū)Γ╥，j)為工序編號(hào)，工序第一下標(biāo)i表不工作編號(hào)，工序 第二下標(biāo)j表示工序在工作中的加工順序； b) 工序Ou在機(jī)器Mk上的加工工時(shí)
<為最短 的加工時(shí)長(zhǎng)，@0為最可能的加工工時(shí)，為最長(zhǎng)的加工工時(shí)，工序Ou的完成時(shí)間
為最小的完成時(shí)間，€：^為最可能的完成時(shí)間，C^j為最大 的完成時(shí)間； c) 所有工作是獨(dú)立的；所有機(jī)器和工作是確定的；初始時(shí)，所有工作都可以開(kāi)始加工， 所有機(jī)器是可用的；一個(gè)機(jī)器同一時(shí)間只能加工一個(gè)工序；一個(gè)工作同一時(shí)間內(nèi)只能在一 個(gè)機(jī)器上加工；工序之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間忽略不計(jì)；一道工序在機(jī)器上加工時(shí)，無(wú)法中斷； 所述模糊時(shí)間下動(dòng)態(tài)靈活加工車間調(diào)度問(wèn)題是在模糊時(shí)間下靈活加工車間調(diào)度問(wèn)題 的定義上去掉約束條件"所有機(jī)器和工作是確定的"； 所述模糊時(shí)間下非零狀態(tài)靜態(tài)加工車間調(diào)度問(wèn)題是在模糊時(shí)間下靈活加工車間調(diào)度 問(wèn)題的定義上去掉條件"初始時(shí)，所有工作都可以開(kāi)始加工，所有機(jī)器是可用的"，增加非 零狀態(tài)初始條件"初始時(shí)，有部分工作的第一道工序被預(yù)先安排在某些機(jī)器上加工"，集合
_表示非零狀態(tài)初始條 件，其中，（Jis，Mks)表示工作Ji s的第一道工序被預(yù)先排配在機(jī)器Mks上加工。
3. 如權(quán)利要求2所述的基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換步 驟包括： a. 根據(jù)動(dòng)態(tài)事件中機(jī)器或工作的增減，在機(jī)器集合J或工作集合Μ中增減相應(yīng)的機(jī)器 編號(hào)或工作編號(hào)； b. 刪除當(dāng)前調(diào)度計(jì)劃中已經(jīng)完成的工序，對(duì)已完成工序?qū)?yīng)的工作的其余工序的第二 下標(biāo)進(jìn)行重新編號(hào)； c. 根據(jù)當(dāng)前調(diào)度計(jì)劃中已分配在機(jī)器上加工中的工序的加工情況，調(diào)整加工中工序的 加工工時(shí)，加工中工序的加工工時(shí)=原加工工時(shí)-動(dòng)態(tài)事件發(fā)生時(shí)已加工的工時(shí)；及 d. 匯總當(dāng)前調(diào)度計(jì)劃中已分配在機(jī)器上加工中的工序，生成集合
表示非零狀態(tài)初始條 件，1
指工作Jis的第一道工序分配在機(jī)器 Mks ?
4. 如權(quán)利要求3所述的基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法，其特征在于，所述初始化 步驟包括： a. 對(duì)于生成工序順序解序列的概率矩陣P，

其中，元素 ρΙ·表示Λ出現(xiàn)在工序順序解序列的第i個(gè)位置或是第i個(gè)位置之前的概 率，上標(biāo)g表示迭代執(zhí)行的次數(shù)且初始化g = 〇, τ。、η為行數(shù)和列數(shù)，T。為所有工作包 括的工序總數(shù)，η為所有工作總數(shù)即工作集合J的元素個(gè)數(shù)，s為非零狀態(tài)初始條件
)的元素個(gè)數(shù)；及 b. 對(duì)于生成機(jī)器排配解序列的概率矩陣
且
0 配在機(jī)器Mk上加工的概率，q|jsk的上標(biāo)g表示迭代的第g代種群，初始化g = 〇。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法，其特征在于，所述工序順 序解序列表示所有工序被加工的時(shí)間先后順序，所述機(jī)器排配解序列表示所有工序依次被 排配的機(jī)器且所有工序按照工序編號(hào)從小到大標(biāo)準(zhǔn)排序，所述工序順序解序列由T。個(gè)工作 編號(hào)組成，工作編號(hào)出現(xiàn)的次數(shù)對(duì)應(yīng)該工作編號(hào)所包括的工序的加工順序，相同工作編號(hào) 出現(xiàn)的總次數(shù)等于該工作編號(hào)對(duì)應(yīng)工作包括的所有工序個(gè)數(shù)，所述機(jī)器排配解序列由T。個(gè) 機(jī)器編號(hào)組成且所有機(jī)器上排配的工序按照工序編號(hào)從小到大標(biāo)準(zhǔn)排序，T。為所有工作包 括的工序總數(shù)。
6. 如權(quán)利要求5所述的基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法，其特征在于，所述采樣步 驟中通過(guò)以下步驟對(duì)生成工序順序解序列的概率矩陣P進(jìn)行采樣生成工序順序解序列： a. 根據(jù)非零狀態(tài)初始條佴
確定工序順序 解序列的前s個(gè)兀素，分別為…Ji、的工作編號(hào)ip i2，…，is ; b. 產(chǎn)生概率矩陣P的副本矩陣P' ； c. 從副本矩陣P'的第S+1行開(kāi)始逐行進(jìn)行概率采樣，每行采樣生成工序順序解序列的 一個(gè)元素； d. 對(duì)副本矩陣P'的第s+i行采樣時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)λ且λ e [〇，1]均勻分布，如 果對(duì)于某一個(gè)j，若λ處于區(qū)間I
內(nèi)，則將j作為工序順序解序列的第i行 元素的工作編號(hào)，設(shè)
； e. 判定上述采樣產(chǎn)生的工作編號(hào)在工序順序解序列中出現(xiàn)的總次數(shù)與該工作編號(hào)包 括的工序總數(shù)的大小關(guān)系，若工作編號(hào)j在第s+i行采樣后在在工序順序解序列中出現(xiàn)的 總次數(shù)等于工作編號(hào)j的工序總數(shù)，則將副本矩陣P'中行數(shù)大于s+i且列數(shù)等于j的所有 元素重置為〇,即將副本矩陣P'中的元素
重置為〇,并將副本矩陣 P'的第s+i行之后的每行元素進(jìn)行歸一化,使得副本矩陣P'的第s+i行之后的每行元素之 和仍然為1 ;若總次數(shù)小于工序總數(shù)，則迭代執(zhí)行上述步驟c?步驟e，直至對(duì)副本矩陣P' 的最后一行的概率采樣產(chǎn)生工序順序解序列的最后一個(gè)元素。
7. 如權(quán)利要求5所述的基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法，其特征在于，所述采樣步 驟中通過(guò)以下步驟對(duì)生成機(jī)器排配解序列的概率矩陣Q進(jìn)行采樣生成工序順序解序列： a. 從概率矩陣Q的第一個(gè)維度等于1和第二個(gè)維度等于1，以下第一維度用行表示，第 二維度用列表示，開(kāi)始逐行進(jìn)行概率采樣，每次采樣都會(huì)按順序生成機(jī)器排配解序列的一 個(gè)元素；
b. 對(duì)概率矩陣Q的第i行第j列采樣時(shí)， 產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)λ且λ e [〇, 1]均勻分布，若λ處1 內(nèi)，則將機(jī)器 編號(hào)1置于機(jī)器排配解序列相應(yīng)的位置，設(shè)</廣《; C.迭代執(zhí)行上述步驟a，b，直至對(duì)概率矩陣Q的最后一行最后一列的概率采樣產(chǎn)生工 序順序解序列的最后一個(gè)兀素。
8. 如權(quán)利要求4所述的基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法，其特征在于，所述評(píng)價(jià)步 驟中根據(jù)每個(gè)解序列個(gè)體包括的工序順序解序列和機(jī)器排配解序列繪制甘特圖，以甘特圖 表示每個(gè)解序列個(gè)體代表的調(diào)度計(jì)劃，由甘特圖獲取所有工序總完成時(shí)間作為目標(biāo)函數(shù) 值，以目標(biāo)函數(shù)值評(píng)價(jià)解序列個(gè)體。
9. 如權(quán)利要求8所述的基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)化 步驟中所述編碼操作是指根據(jù)最優(yōu)解序列個(gè)體的甘特圖生成解序列，包括以下步驟： 對(duì)甘特圖中所有工序按照開(kāi)始時(shí)間進(jìn)行從小到大的排序，將排序結(jié)果的每個(gè)工序以對(duì) 應(yīng)的工作編號(hào)表示，生成工序排序解序列；及 按照工序編號(hào)的從小到大的順序，從甘特圖中查找每個(gè)工序?qū)?yīng)的加工機(jī)器，生成機(jī) 器排配解序列。
10. 如權(quán)利要求4所述的基于分布估計(jì)的加工車間調(diào)度方法，其特征在于，所述更新步 驟包括： 以當(dāng)前迭代執(zhí)行過(guò)程中采樣、評(píng)價(jià)后選擇的最優(yōu)解序列個(gè)體替換歷史最優(yōu)解序列個(gè) 體； 按照以下公式更新概率矩陣P和Q :
其中，α和β是種群的進(jìn)化學(xué)習(xí)率參數(shù)，s為零狀態(tài)條件
的元素個(gè)數(shù)，分 別定義為：1η?.=在第m個(gè)最優(yōu)解序列個(gè)體的工序順序解序列中， 1，j Ji出現(xiàn)在位置S后，且出現(xiàn)在位置i或位置i之前的次數(shù)，
，m表示經(jīng)評(píng)價(jià)選取的SPnum 個(gè)最優(yōu)解序列個(gè)體中的第m個(gè)最優(yōu)解序列個(gè)體。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104049612SQ201410276989
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】范玉順, 劉柏君, 劉軼 申請(qǐng)人:清華大學(xué)