CN112561381B - 一种可重入作业车间调度解码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可重入作业车间调度解码方法,包括如下步骤:步骤1:根据每个工件每道工序的加工时间和加工次序约束,构建可重入作业车间调度问题的析取规划模型;步骤2:采用基于操作的编码方式进行编码;步骤3:采用活动化方式进行第一阶段的解码,然后使用基于Insert的自适应操作对当前解调整,采用快速评价机制进行第二阶段的解码,得到一种紧调度解;紧调度解被定义为一种无法通过移动任意一个工序改进当前解。本发明的有益效果是:本发明对邻域解采用了快速评价机制进行二次解码,可有效避免重复评价,节约计算成本;本发明在车间调度问题如流水车间、作业车间和开放车间调度等问题中均具有良好的可扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及作业车间调度技术领域,尤其涉及一种可重入作业车间调度解码方法。
背景技术
作业车间调度问题是典型组合优化问题之一,可重入作业车间调度问题是作业车间调度问题的扩展,其不局限与工件在机器上只加工一次,可以多次加工;可重入作业车间调度问题广泛存在于半导体制造、计算机网络等高科技行业,因此制定科学的调度方案,对于缩短产品生产周期,提高企业竞争力具有促进作用。然而,对调度问题进行编码和解码操作时解决问题的必不可少的环节,现有的解码方式一般为半活动化和活动化解码,但鲜有对其进行进一步的改进。高效的解码方式可以节省大量的计算成本,提高求解效率。
发明内容
本发明的目的是针对可重入作业车间调度问题,提出一种两阶段解码方法,提高问题的解的质量。
本发明提供了一种可重入作业车间调度解码方法,包括如下步骤:
步骤1:根据每个工件每道工序的加工时间和加工次序约束,构建可重入作业车间调度问题的析取规划模型;
步骤2:采用基于操作的编码方式进行编码;
步骤3:采用活动化方式进行第一阶段的解码,然后使用基于Insert的自适应操作对当前解调整,采用快速评价机制进行第二阶段的解码,得到一种紧调度解;紧调度解被定义为一种无法通过移动任意一个工序改进当前解,从而实现对作业车间进行调度。
作为本发明的进一步改进,在所述步骤1中,可重入作业车间调度问题用析取图G=(N,A,E,Re)表示,析取规划模型依据每个工件的每道工序在机器上的加工时间和每个工件的每道工序在不同机器上加工次序约束,在析取图中的描述来建立,优化目标为最大完工时间;其中,N为所有工序节点的集合;A为单向的合取弧集合,合取弧描述同一个工件不同工序所采用的机器顺序;E为双向的析取弧集合,描述在同一台机器上加工工序的前后关系,在调度之前析取弧取向未定;Re为单向的重入弧集合,描述在同一台机器同一工件不同工序的加工约束;析取弧取向确定的过程,即为调度问题的求解过程。
作为本发明的进一步改进,在所述步骤1中,析取规划模型描述如下:
Min Cmax
其中,si为工序i的开始加工时间;pi为工序i的加工时间;μj为工件j的最后一道工序;(i1,i2)为有加工约束的弧,即先加工i1,后加工i2;<i1,i2>为方向未定的析取弧;U(O)为所有工件的最后一道工序的集合;虚拟工序0的开始加工时间和加工时间设定为零。
作为本发明的进一步改进,所述步骤3包括:
步骤S1、生成初始解:按基于操作的编码方式采用随机方法产生初始解;
步骤S2、第一阶段:活动化解码;在不影响已调度的其它工序的前提下尽可能早的调度未调度的工序;
步骤S3、第二阶段:基于Insert的自适应调整操作;针对所有工序,尝试可以插入的空隙,即使该空隙时间为0。
作为本发明的进一步改进,所述步骤S3包括:
步骤S3.1:在第一阶段获得解的基础上进一步调整,获得邻域解;
步骤S3.2:插入操作后,获得邻域解的排序,采用快速评价机制进行第二次解码;
步骤S3.3:若获得的新解若优于当前解,则更新当前解,并再次调用第二阶段进行再次调整,直至所有工序调整结束且无改进。
作为本发明的进一步改进,在所述步骤S3中,可以插入的空隙是指在属于同一工件的直接前任工序的完工时间之后、当前工序开始加工时间之前的空隙;在间隙的时间小于工序加工时间的情况下,仍然进行插入操作。
作为本发明的进一步改进,在所述步骤S3.2中,快速评价机制是指一个排列的部分工序的顺序在未调整的情况下,该部分工序不需要再次评价;未调整的部分工序只选取处在排列前面位置的工序。
本发明的有益效果是:第一,本发明在解码过程中引入了基于Insert的自适应调整操作,得到一种无法通过移动任意一个工序改进当前解的紧调度解;第二,只有在满足特定的条件时,才执行Insert操作,而非随意操作;第三,对邻域解采用了快速评价机制进行二次解码,可有效避免重复评价,节约计算成本;第四,本发明在车间调度问题如流水车间、作业车间和开放车间调度等问题中均具有良好的可扩展性。
附图说明
图1是本发明的流程图;
图2是本发明中活动化解码获得的甘特图;
图3是本发明的两阶段解码获得的甘特图;
图4是流水车间调度问题的甘特图;
图5是本发明在流水车间调度问题中应用的甘特图。
具体实施方式
如图1所示,本发明公开了一种可重入作业车间调度解码方法,包括如下步骤:
步骤1:根据每个工件每道工序的加工时间和加工次序约束,构建可重入作业车间调度问题的析取规划模型并确定优化目标。
步骤2(编码):采用基于操作的编码方式进行编码。
步骤3(两阶段解码):采用活动化方式进行第一阶段的解码,然后使用基于Insert的自适应操作对当前解调整,采用快速评价机制进行第二阶段的解码,得到一种紧调度解;紧调度解被定义为一种无法通过移动任意一个工序改进当前解,从而实现对作业车间进行调度。
可重入作业车间调度问题用析取图G=(N,A,E,Re)表示,析取规划模型依据每个工件的每道工序在机器上的加工时间和每个工件的每道工序在不同机器上加工次序约束,在析取图中的描述来建立,优化目标为最大完工时间;其中,N为所有工序节点的集合;A为单向的合取弧集合,合取弧描述同一个工件不同工序所采用的机器顺序;E为双向的析取弧集合,描述在同一台机器上加工工序的前后关系,在调度之前析取弧取向未定;Re为单向的重入弧集合,描述在同一台机器同一工件不同工序的加工约束;析取弧取向确定的过程,即为调度问题的求解过程。
析取规划模型描述如下:
Min Cmax
其中,si为工序i的开始加工时间;pi为工序i的加工时间;μj为工件j的最后一道工序;(i1,i2)为有加工约束的弧,即先加工i1,后加工i2;<i1,i2>为方向未定的析取弧;U(O)为所有工件的最后一道工序的集合;虚拟工序0的开始加工时间和加工时间设定为零。
定义一:可以插入的空隙是指在属于同一工件的直接前任工序的完工时间之后、当前工序开始加工时间之前的空隙;在间隙的时间小于工序加工时间的情况下,仍然进行插入操作;这样做虽然延迟了当前解中部分工件的开始加工时间,但可能使其他工序尽可能早的开始加工。
定义二:快速评价机制是指一个排列的部分工序的顺序在未调整的情况下,该部分工序不需要再次评价;本发明的未调整的部分工序只选取处在排列前面位置的工序。
步骤3的两阶段解码具体包括为:
步骤S1、生成初始解:按基于操作的编码方式采用随机方法产生初始解。
步骤S2、第一阶段:活动化解码;在不影响已调度的其它工序的前提下尽可能早的调度未调度的工序。
步骤S3、第二阶段:基于Insert的自适应调整操作;主要思想是针对所有工序,尝试可以插入的空隙,即使该空隙时间为0。
步骤S3包括:
步骤S3.1:在第一阶段获得解的基础上进一步调整,获得邻域解。
步骤S3.2:插入操作后,获得新的排列(即邻域解的排序),采用快速评价机制进行第二次解码。
步骤S3.3:若获得的新解若优于当前解,则更新当前解,并再次调用第二阶段进行再次调整,直至所有工序调整结束且无改进。
该方法的主要目的是尽可能的选择具有较小空闲时间的邻域解。
实施实例1:如表1为2台机器3个工件2次重入的可重入作业车间调度问题实例,图2为活动化解码获得的甘特图,图3为两阶段解码获得的甘特图;其中图3获得的解为以最大完工时间为目标的最优解,因为在机器M2上的所有工序是连续加工的,没有空闲时间;在表2中,n_m_Re为工件数_机器数_重入次数,获得的解为同一规模的问题100个不同问题的平均值,TotalC为所有工件完工时间之和,Avg为对应列的平均值;由表2可以看出,两阶段解码方式较活动化解码方式有很大的提升。
表1 2台机器3个工件2次重入的可重入作业车间调度问题实例
表2两种解码方式对比
实施实例2:该解码方式在流水车间调度问题中的扩展;当可重入作业车间调度问题的重入次数设置为1且所有工件的工艺顺序相同(具有相同的机器顺序约束)时,该问题简化为传统的流水车间调度问题;而本发明的两阶段解码方法仍然适用于此问题;如图4为3台机器4个工件的流水车间调度问题实例甘特图,每个工件的机器顺序均是[1,2,3];图5为该实施例通过本发明方法解码得到的甘特图,较图4有明显的改善。
本发明的有益效果:第一,本发明在解码过程中引入了基于Insert的自适应调整操作,得到一种无法通过移动任意一个工序改进当前解的紧调度解;第二,只有在满足特定的条件时,才执行Insert操作,而非随意操作;第三,对邻域解采用了快速评价机制进行二次解码,可有效避免重复评价,节约计算成本;第四,本发明在车间调度问题如流水车间、作业车间和开放车间调度等问题中均具有良好的可扩展性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种可重入作业车间调度解码方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:根据每个工件每道工序的加工时间和加工次序约束,构建可重入作业车间调度问题的析取规划模型;
步骤2:采用基于操作的编码方式进行编码;
步骤3:采用活动化方式进行第一阶段的解码,然后使用基于Insert的自适应操作对当前解调整,采用快速评价机制进行第二阶段的解码,得到一种紧调度解;紧调度解被定义为一种无法通过移动任意一个工序改进当前解,从而实现对作业车间进行调度;
快速评价机制是指一个排列的部分工序的顺序在未调整的情况下,该部分工序不需要再次评价;未调整的部分工序只选取处在排列前面位置的工序;活动化方式的含义是:在不影响已调度的其它工序的前提下尽可能早的调度未调度的工序;
基于Insert的自适应操作的含义是:针对所有工序,尝试可以插入的空隙,即使该空隙时间为0。
2.根据权利要求1所述的可重入作业车间调度解码方法,其特征在于,在所述步骤1中,可重入作业车间调度问题用析取图G=(N,A,E,Re)表示,析取规划模型依据每个工件的每道工序在机器上的加工时间和每个工件的每道工序在不同机器上加工次序约束,在析取图中的描述来建立,优化目标为最大完工时间;其中,N为所有工序节点的集合;A为单向的合取弧集合,合取弧描述同一个工件不同工序所采用的机器顺序;E为双向的析取弧集合,描述在同一台机器上加工工序的前后关系,在调度之前析取弧取向未定;Re为单向的重入弧集合,描述在同一台机器同一工件不同工序的加工约束;析取弧取向确定的过程,即为调度问题的求解过程。
3.根据权利要求2所述的可重入作业车间调度解码方法,其特征在于,在所述步骤1中,析取规划模型描述如下:
MinCmax
其中,Cmax为最大完工时间,即所有工件的最后一道工序完成时间的最大值;si为工序i的开始加工时间;pi为工序i的加工时间;μj为工件j的最后一道工序;(i1,i2)为有加工约束的弧,即先加工i1,后加工i2;i1,i2为方向未定的析取弧;U(O)为所有工件的最后一道工序的集合;虚拟工序0的开始加工时间和加工时间设定为零。
4.根据权利要求1所述的可重入作业车间调度解码方法,其特征在于,所述步骤3包括:
步骤S1、生成初始解:按基于操作的编码方式采用随机方法产生初始解;
步骤S2、第一阶段:活动化解码;在不影响已调度的其它工序的前提下尽可能早的调度未调度的工序;
步骤S3、第二阶段:基于Insert的自适应调整操作;针对所有工序,尝试可以插入的空隙,即使该空隙时间为0。
5.根据权利要求4所述的可重入作业车间调度解码方法,其特征在于,所述步骤S3包括:
步骤S3.1:在第一阶段获得解的基础上进一步调整,获得邻域解;
步骤S3.2:插入操作后,获得邻域解的排序,采用快速评价机制进行第二次解码;
步骤S3.3:若获得的新解若优于当前解,则更新当前解,并再次调用第二阶段进行再次调整,直至所有工序调整结束且无改进。
6.根据权利要求5所述的可重入作业车间调度解码方法,其特征在于,在所述步骤S3中,可以插入的空隙是指在属于同一工件的直接前任工序的完工时间之后、当前工序开始加工时间之前的空隙;在间隙的时间小于工序加工时间的情况下,仍然进行插入操作。
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