基于多动作深度强化学习的纺机制造车间调度方法

纺机制造车间调度问题是一种具有复杂工艺约束和序列相关设置时间的柔性作业车间调度问题,为了保证调度方案的质量,提升企业的订单准时交付能力,提出了一种以最小化最大完工期为优化目标的多动作深度强化学习算法。首先,将调度问题建模为多马尔可夫决策过程。然后,针对纺机制造车间调度的工件选择和机器选择两个子问题,分别设计了用于定义工序选择策略和机器选择策略的两个编码器,以预测选择不同工序和机器的概率分布。其中,在工序选择编码器中,采用图神经网络对析取图进行编码,以降低问题规模对解的质量的影响。其次,提出了一种具有多动作空间的强化学习训练算法,用于学习两个子策略。最后,经某纺机制造企业的实际生产案例验证,该方法的性能受问题规模影响较小,与其他对比算法相比,能够获得较高质量的调度方案,训练的模型具有较好的泛化能力和稳定性。     

基于多种群蚁群算法的柔性作业车间调度研究

针对柔性作业车间调度的特点,设计了柔性作业车间调度析取图模型,结合蚁群分工组织的工作方式,给出了基于竞争规则的多种群蚁群算法求解方法。算法中不同种群的蚂蚁被放置在析取图中不同的工序节点上,通过核心种群的引导,充分发挥蚁群协作竞争的并行高效特点,满足柔性作业车间调度的要求。仿真实验表明该算法求解柔性作业车间调度具有可行性和有效性。     

Job-Shop调度问题的量子蚁群算法求解*

针对最小化最大完工时间的作业车间调度问题,提出了一种量子蚁群调度算法.该算法结合了量子计算中量子旋转门的量子信息和蚁群寻优的特点,通过作业车间调度问题的析取图表示,将原问题转换为求解析取图的关动路径,并利用量子蚁群算法进行求解.采用该算法对作业车间调度问题的基准数据进行测试,仿真结果表明了该算法的可行性和有效性.     

带工序跳跃的绿色混合流水车间机器与AGV联合调度

针对带工序跳跃的绿色混合流水车间机器和自动引导车(AGV)联合调度问题,提出改进memetic algorithm(MA)以同时最小化最大完工时间和总能耗.首先,设计基于工序、机器和转速的三层编码策略,最大程度保证算法在整个解空间中搜索;然后,设计混合种群初始化方法以提高初始种群解的质量,同时设计交叉和变异算子以及两种基于问题的邻域搜索策略来平衡算法的全局搜索和局部搜索能力;最后,通过大量仿真实验验证MA算法求解该问题的有效性和优越性.     

含有运输小车的柔性作业车间调度研究

在实际的柔性作业车间调度中,不但工件需要加工时间,而且工件在各个机器之间利用AGV(自动导引小车)转移也需要占用一定的时间,因此对柔性作业车间调度中考虑AGV运输时间的研究更具有实际意义。针对此问题,本文建立含有AGV的柔性作业车间调度的数学模型,针对问题自身特点对遗传算法进行改进,引入局部搜索策略加强局部寻优能力,将模拟退火算法作为局部搜索策略加入全局搜索中,增强了算法的收敛性能。通过在仿真实验平台上的实验数据结果可以看出,本算法有比较好的效果。     

基于Q-learning算法解决多目标柔性作业车间调度问题

近几十年来，柔性作业车间调度问题由于其不确定性和复杂度引起了许多学者的关注。易陷入局部最优一直是元启发式算法解决柔性作业车间调度问题的不足之处，对此提出了一种改进的Q-learning强化学习算法，该改进算法设计并定义了状态空间和动作集，并通过随机生成可行的工序编码，在随机贪婪策略下选择合适的加工机器形成对应可行的机器编码，以最大完工时间和总能耗的多目标优化函数为可行解优劣的衡量标准。最后将所提算法模型使用车间调度问题的标准算例进行了验证，实验结果说明了所提算法的有效性，提升了解决多目标柔性作业车间问题的精度。     

深度强化学习算法求解作业车间调度问题

由于传统车间调度方法实时响应能力有限,难以在复杂调度环境中取得良好效果,提出一种基于深度Q网络的深度强化学习算法。该方法结合了深度神经网络的学习能力与强化学习的决策能力,将车间调度问题视作序列决策问题,用深度神经网络拟合价值函数,将调度状态表示为矩阵形式进行输入,使用多个调度规则作为动作空间,并设置基于机器利用率的奖励函数,不断与环境交互,获得每个决策点的最佳调度规则。通过与智能优化算法、调度规则在标准问题集上的测试对比证明了算法有效性。     

考虑工件移动时间的柔性作业车间调度问题研究

分析生产车间的实际生产状况,建立了考虑工件移动时间的柔性作业车间调度问题模型,该模型考虑了以往柔性作业车间调度问题模型所没有考虑的工件在加工机器间的移动时间,使柔性作业车间调度问题更贴近实际生产,让调度理论更具现实性。通过对已有的改进遗传算法的遗传操作进行重构,设计出有效求解考虑工件移动时间的柔性作业车间调度问题的改进遗传算法。最后对实际案例进行求解,得到调度甘特图和析取图,通过对甘特图和析取图的分析验证了所建考虑工件移动时间的柔性作业车间调度问题模型的可行性和有效性。     

基于最小机器数的柔性作业车间调度研究

针对期望以最小机器数完成生产的柔性作业车间调度问题,建立了最小化最大完工时间为内层目标,最小机器数为外层目标的双层优化模型,即在满足交货期、最小化最大完工时间的条件下,尝试减少机器数量,以寻求车间调度的最少机器数.依据模型、算法特点,设计了一种基于大变异策略的遗传算法,该算法采用二维染色体编码、顺序选择策略,同时运用优...     

多AGV和机器集成的多目标柔性作业车间调度研究

为解决智能制造环境中具有多时间和多AGV约束的柔性作业车间调度问题,构建了以最小化最大完工时间、最小化总延期、最小化设备总负荷为目标的机器/AGV双约束多目标调度模型,模型中综合考虑加工时间、工件到达时间、交货期等多时间因素,进行了多AGV和机器集成调度。为求解该模型,设计了新的AGV调度规则和改进的NSGA-算法,算法中提出了基于工序的扩展染色体编码方式和基于AGV分配的贪婪式解码策略,同时设计了不同参数控制的多种群二元锦标赛选择和分段交叉变异策略以及基于Pareto级的去重精英保留策略,以促进个体协同优化搜索。通过实例实验,分析了不同AGV数量任务分配方案下的模型有效性,对4个案例的仿真测试和同类算法比较解也验证了改进NSGA-算法求解该模型的有效性。     

基于Q学习算法的作业车间动态调度

近年来, 在基于Q学习算法的作业车间动态调度系统中, 状态-行动和奖励值靠人为主观设定, 导致学习效果不理想, 与已知最优解相比, 结果偏差较大. 为此, 基于作业车间调度问题的特质, 对Q学习算法的要素进行重新设计, 并用标准算例库进行仿真测试. 将结果先与已知最优解和混合灰狼优化算法、离散布谷鸟算法和量子鲸鱼群算法在近似程度、最小值方面进行比较分析. 实验结果表明, 与国内求解作业车间调度问题的Q学习算法相比, 该方法在最优解的近似程度上显著提升, 与群智能算法相比, 在大多数算例中, 寻优能力方面有显著提升.     

AGV作业调度模型及改进的DE算法研究

AGV作业调度问题的求解结果对AS/RS的运行效率具有重要影响。通过必要的简化,建立了AGV作业调度问题的静态优化模型。可知静态AGV作业调度问题实质是一种带约束的多重TSP问题,属于典型的NP完全问题,目前还不存在可在多项式时间内求解的确定算法。提出了一种改进的差分演化算法用于求解该问题。为了适应AGV作业调度问题的特点,新算法设计了新的两段编码方法,对多个DE算子进行了改造。还提出了基于生存时间的种群多样性增强机制,用于增强算法的搜索能力,避免陷入局部最优。仿真实验显示,该算法可以有效提高AGV作业调度的效率,验证了相关改进机制的有效性。     

基于深度强化学习的模糊作业车间调度问题

针对具有模糊加工时间和模糊交货期的作业车间调度问题,以最小化最大完工时间为目标,以近端策略优化(PPO)算法为基本优化框架,提出一种LSTM-PPO(proximal policy optimization with Long short-term memory)算法进行求解.首先,设计一种新的状态特征对调度问题进行建模,并且依据建模后的状态特征直接对工件工序进行选取,更加贴近实际环境下的调度决策过程;其次,将长短期记忆(LSTM)网络应用于PPO算法的行动者-评论者框架中,以解决传统模型在问题规模发生变化时难以扩展的问题,使智能体能够在工件、工序、机器数目发生变化时,仍然能够获得最终的调度解.在所选取的模糊作业车间调度的问题集上,通过实验验证了该算法能够取得更好的性能.     

Scheduling of no buffer job shop cells with blocking constraints and automated guided vehicles

The blocking job shop (BJS) problem is an extension of a job shop problem with no buffer constraints. It means that after a job is completed on the current machine, it remains on that machine until the next machine becomes available. This paper addresses an extension of the BJS problem, which takes into account transferring jobs between different machines using a limited number of automated guided vehicles (AGV), called a BJS–AGV problem. Two integer non-linear programming (INLP) models are proposed. A two-stage heuristic algorithm that combines an improving timetabling method and a local search is proposed to solve the BJS–AGV problem. A neighborhood structure in the local search is proposed based on a disjunctive graph model. According to the characteristics of the BJS–AGV problem, four principles are proposed to guarantee the feasibility of the search neighborhood. Computation results are presented for a set of benchmarking tests, some of which are enlarged by transportation times between different machines. The numerical results show the effectiveness of the proposed two-stage algorithm.     

基于AGV的管道加热器柔性作业车间调度方法研究

针对基于AGV约束的管道加热器柔性作业车间调度问题,以最小化最大完工时间和最小化车间总负载为目标,提出改进麻雀搜索算法求解调度方案;建立合理的编解码方式表示调度方案;为解决多目标优化问题,引入Patero排序;考虑麻雀搜索算法求解离散优化问题时无效解较多、易陷入局部最优等缺陷,提出引入交叉变异算子、设置精英种群、设计自适应种群比例因子等改进措施;根据标准算例数据及实际车间生产数据对算法可行性进行验证,结果表明改进算法可有效求解合理的调度方案,相比于车间原生产方案,生产效率提高19.6%,且有效降低了车间总负载。     

相关工件车间调度问题的拓扑算法

针对加工装配型离散制造企业实际生产的特点,提出了一类用于表示工序之间偏序关系的相关工件车间调度问题。为了利用已有的求解表示工序之间的线序关系的传统车间调度算法求解相关工件车间调度问题,设计了一种拓扑算法,该算法能够将工序之间的偏序关系转化为线序关系,将相关工件车间调度问题转化为传统的车间调度问题,通过实证研究,结果表明了拓扑算法是可行和高效的。