一種中間存儲(chǔ)能力有限的混合流水車間調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種中間存儲(chǔ)能力有限的混合流水車間調(diào)度方法，混合流水車間調(diào)度是一類典型的生產(chǎn)調(diào)度問題，屬于NP-難問題，傳統(tǒng)調(diào)度方法大都假設(shè)中間存儲(chǔ)無限的情況，但是實(shí)際生產(chǎn)中，相鄰工序之間的存儲(chǔ)一般是有限的。針對(duì)中間存儲(chǔ)能力有限的混合流水車間調(diào)度問題，建立了該問題的混合整數(shù)規(guī)劃模型，并提出了一個(gè)迭代變鄰域下降搜索算法。在算法中，針對(duì)混合流水車間調(diào)度問題的特點(diǎn)，使用基于工件順序的編碼及解碼方法。針對(duì)傳統(tǒng)鄰域類型廣域搜索能力不足的問題，提出了基于塊刪除與插入的大規(guī)模鄰域搜索。該方法可以有效地保證工序問物流銜接一致，降低中間庫存，減少能耗，從而提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
【專利說明】一種中間存儲(chǔ)能力有限的混合流水車間調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 在制造型企業(yè)中，產(chǎn)品的生產(chǎn)通常都需要多道工序才能完成，而每道工序一般都有多臺(tái)相同的加工機(jī)器。因此，這種生產(chǎn)調(diào)度問題都可以歸結(jié)為混合流水車間調(diào)度問題(Hybrid Flowshop Scheduling Problem,HFSP)。在傳統(tǒng)的混合流水車間調(diào)度問題中，通常假設(shè)相鄰工序之間的存儲(chǔ)能力是無限的。但是，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程中，相鄰工序之間一般都設(shè)有中間庫，用來存儲(chǔ)中間產(chǎn)品，以保證各工序生產(chǎn)的連續(xù)性。因此，在實(shí)際調(diào)度中還需要考慮中間存儲(chǔ)能力有限的情況。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的流水車間調(diào)度問題解決方案的設(shè)計(jì)，大都不會(huì)考慮存儲(chǔ)能力的問題，然而，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，中間庫存是不可避免地存在著的。而對(duì)中間存儲(chǔ)能力有限情況下的調(diào)度問題解決方案，目前只有針對(duì)流水車間調(diào)度問題的設(shè)計(jì)，而針對(duì)混合流水車間調(diào)度問題方案的設(shè)計(jì)仍然處于空白。因此對(duì)中間存儲(chǔ)能力有限的混合流水車間調(diào)度問題(HFSP withfinite buffers,HFSP-FB)的解決具有重要的意義,它能夠保證工序間物流銜接一致，降低中間庫存，減少能耗，從而提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，在建立了中間存儲(chǔ)能力有限的混合流水車間調(diào)度問題的混合整數(shù)規(guī)劃模型的基礎(chǔ)上，基于變鄰域下降搜索(iterated variableneighborhood descent search,VNDS)算法在生產(chǎn)調(diào)度等組合優(yōu)化問題中所表現(xiàn)出的優(yōu)異性能，提出了一個(gè)迭代變鄰域下降搜索(iterated VNDS，I VNDS)算法。在該算法中，提出了基于工件序列的解的編碼與解碼方法以降低該問題鄰域搜索的難度，提出了基于塊刪除與插入的鄰域搜索方法以提高算法的廣域搜索能力，并且在算法中引入了精英集以提高算法跳出局部最優(yōu)的能力。該模型和算法對(duì)于調(diào)度的時(shí)間展望期以及工件的開始加工時(shí)間和完成加工時(shí)間均沒有特殊要求。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005]1.HFSP-FB問題的混合整數(shù)規(guī)劃模型
[0006](I)問題描述
[0007]HFSP-FB問題如圖1所示，包括N個(gè)工件，J個(gè)連續(xù)的工序(階段)，每個(gè)階段j(j=l，...，J)的同構(gòu)并行機(jī)的數(shù)目為Mj，在兩個(gè)相鄰的階段之間有一個(gè)能力有限的中間庫。每個(gè)工件都要依次在每個(gè)階段的一個(gè)機(jī)器上進(jìn)行加工。當(dāng)工件i在階段j加工完成后，如果下一個(gè)階段有空閑的機(jī)器同時(shí)該階段后面的中間庫還有存儲(chǔ)能力，那么它既可以通過中間庫直接被送到下一個(gè)階段繼續(xù)進(jìn)行加工，也可以被送到該階段后面的中間庫中存儲(chǔ)起來。當(dāng)某階段的一個(gè)機(jī)器m在加工完一個(gè)工件后，如果該階段后面的中間庫沒有多余的存儲(chǔ)能力，那么這個(gè)工件就必須繼續(xù)停留在機(jī)器m上，即機(jī)器m就被阻塞了。同樣，如果下一階段沒有空閑的機(jī)器，那么存儲(chǔ)在中間庫中的某個(gè)位置上的工件也必須繼續(xù)停留在中間庫的該位置上，即中間庫中的該位置被阻塞了。此外，還要求所有的工件都必須在最終交貨期之前完成，不允許拖期。問題的目標(biāo)是最小化所有工件的加權(quán)完成時(shí)間。
[0008](2)建模思想
[0009]在相鄰兩個(gè)階段之間的中間存儲(chǔ)區(qū)中都包括i個(gè)存儲(chǔ)位置，而每個(gè)位置都可以看作一個(gè)處理時(shí)間為O的機(jī)器，因此，每個(gè)中間存儲(chǔ)區(qū)郁可以看作是一個(gè)帶有i個(gè)并行機(jī)的加工階段。由于這些并行機(jī)對(duì)工件的處理時(shí)間為0，因而可以假設(shè)所有的工件都必須依次通過所有的階段進(jìn)行加工。當(dāng)一個(gè)工件在某階段的一個(gè)機(jī)器上加工完成后，如果下一個(gè)階段沒有空閑的機(jī)器，那么這個(gè)工件就必須繼續(xù)停留在該機(jī)器上，從而使該機(jī)器被阻塞。機(jī)器被阻塞的時(shí)間不是一個(gè)常數(shù)，它與下一個(gè)階段中機(jī)器的最早可利用時(shí)間有關(guān)。這樣，原問題就變成了一個(gè)中間沒有存儲(chǔ)且工件無等待的HFSP問題。該問題與原問題是等價(jià)的。在轉(zhuǎn)化后的問題中，總的階段數(shù)變?yōu)?XJ-1，其中中間存儲(chǔ)區(qū)總是處于偶數(shù)階段。
[0010](3)混合整數(shù)規(guī)劃模型
[0011]①參數(shù)
[0012]i工件號(hào)，i e I, I = {1,2,...，η}，其中η表示工件的總數(shù)。
[0013]j階段號(hào)，j e {1,2, S}, S表示總階段數(shù)，s=2xj-l, J為原問題中的總階段數(shù)。
[0014]k階段j的機(jī)器號(hào)。
[0015]Mj階段j的機(jī)器總數(shù)。
[0016]Wi工件i的權(quán)重。
[0017]pij工件i在階段j的處理時(shí)間，注意在中間存儲(chǔ)區(qū)階段j=2，4，...，2xJ_2的
Pij=Oo
[0018]Di工件i的最終交貨期(deadline)。
[0019]Q 一個(gè)不小于調(diào)度展望期的數(shù)。
[0020]②決策變量
[0021 ] xi jk如果工件i在階段j被分配在機(jī)器k上進(jìn)行加工，則Xijk=I，否則xijk=0(i e I: j=l,...，S:k=l,...，Mj)。
[0022]yilj如果在階段j工件i排在工件I緊前面進(jìn)行加工，則yilj = 1:否則yilj=0(i,I e 1:j = 1，...，S)。
[0023]Cij工件i在階段j的完成時(shí)間，i e 1:j = 1，...，S。
[0024]rij工件i在階段j的離開時(shí)間，i e I:j=l,...，S。
[0025]上面所定義的參數(shù)和決策變量的具體意義如圖2所示。
[0026]③混合整數(shù)規(guī)劃模型
【權(quán)利要求】
1.一種中間存儲(chǔ)能力有限的混合流水車間調(diào)度方法，其特征在于:設(shè)計(jì)了基于工件加工順序的解的編碼與解碼方法。
2.權(quán)利要求1所述的一種中間存儲(chǔ)能力有限的混合流水車間調(diào)度方法，其特征還在于:使用基于塊刪除與插入的大規(guī)模鄰域搜索。
3.權(quán)利要求1所述的一種中間存儲(chǔ)能力有限的混合流水車間調(diào)度方法，其特征還在于:在權(quán)利要求2的基礎(chǔ)上，加入了變深度的思想，即基于塊刪除與插入的鄰域規(guī)模會(huì)隨著搜索的進(jìn)行從小到大變化，搜索的重心逐漸從局域搜索轉(zhuǎn)換到廣域搜索。
4.權(quán)利要求1所述的一種中間存儲(chǔ)能力有限的混合流水車間調(diào)度方法，其特征還在于:在權(quán)利要求3的基礎(chǔ)上，在變鄰域下降搜索中引入了精英集，存儲(chǔ)搜索過程中得到的較好解，變鄰域搜索每次迭代的初始解從該精英集中隨機(jī)選取。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK103592920SQ201310594280
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】田慧欣, 李坤 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)