不确定工时下多目标柔性作业车间调度问题的进化求解方法

在实际工业生产中,调度环境的复杂性与不确定性使得调度问题求解难度大大提高.针对加工时间不确定的柔性作业车间调度问题,采用不确定参数描述随机工时波动程度和约束条件允许违背程度,构建工时波动服从指数分布的多目标柔性车间调度模型.基于机会约束规划理论,将不确定调度问题转化为加工时间确定的柔性作业车间调度问题,求解得到一定程度上具有鲁棒性能的调度方案.在执行过程中,采用工序移动调整和重调度方法对作业排产方案进行动态调整.基于双链式编码以及贪婪插入法解码规则,提出了基于变邻域搜索的混合NSGA-Ⅱ算法.针对车间调度问题的多约束性和计算复杂度高等特点,设计了基于机器选择的复合启发式规则,包括依据概率的最小累计机器负载和最短工序加工时间规则,以获取更加接近Pareto前沿的均匀分布初始种群.采用改进工序和设备交叉策略以提高算法的全局搜索能力.此外,基于关键工序和机器选择的多种邻域结构,设计了变邻域搜索策略,以进一步提高算法的局部搜索能力.通过Kacem和Brandimarte标准算例的数值仿真以及与多种代表算法的统计比较,验证了所提算法的有效性.本文所提算法为不确定柔性作业车间调度问题提供了更优的调...     

改进GWO算法求解柔性钣金车间动态重调度问题

根据钣金生产线特点建立了具有工件优先级约束的多目标柔性作业车间动态调度模型,并提出改进的多目标灰狼优化算法用于求解该模型。首先,针对该模型设计出一种同时满足工件优先级约束、工序优先级约束和设备加工约束条件的剪枝式解码方案;其次,提出一种非线性收敛因子和动态位置更新策略,用于平衡经典灰狼优化算法的探索能力和利用能力;最后,为减少设备故障对原始调度方案的影响,设计了一种动态重调度策略。通过实验验证了改进多目标灰狼优化算法求解钣金车间动态调度问题的有效性和动态重调度策略的可行性。     

求解柔性作业车间调度问题的鸟群算法

柔性作业车间调度问题是生产调度领域中非常重要的一类带约束优化问题。根据其求解特性,提出一种基于改进的鸟群算法求解以最小化最大完工时间为目标的柔性作业车间调度问题的方法。该方法采用随机黑洞策略改进鸟群的觅食方式,自适应的动态调整策略改善鸟群的迁移步长,从而提高种群的多样性并加速算法的收敛速度;通过对关键路径上工序的领域搜索加强算法的局部搜索能力。最后利用实际制造企业的生产加工数据以及标准测试实例进行仿真实验,实验结果表明,该算法在问题的求解精度和收敛速度上具有一定的优势,是一种有效的求解柔性作业车间调度问题的新方法。     

基于动态策略的差分进化柔性车间优化调度

针对柔性作业车间调度问题,提出基于动态策略的差分进化优化方法。首先,基于差分进化算法框架,考虑个体之间的距离,设计种群拥挤度指标来衡量当前种群的分布情况,进而自适应判断算法所处阶段;然后,针对不同阶段的特点设计相应的变异策略池,实现变异策略的动态阶段选择,达到提高算法搜索效率的目的;最后,10个标准测试函数的计算结果表明了所提方法的有效性,进一步,采用工序和机器双层编码的方式,以最大完工时间为目标,求解得到作业车间调度测试问题的最佳调度方案。     

多阶段人机协同求解动态柔性作业车间调度问题

针对柔性作业车间生产环境中机器故障的动态调度问题, 以最小最大完工时间和最小偏差为目标, 结合车间调度人员的经验建立多阶段人机协同动态调度策略. 在不同阶段该策略的调度人员可参与优化过程, 提高方案的可行性和稳定性. 设计外部精英库中最优解的更新方法, 依据海明距离保留具有相同目标值的多种调度方案. 最后通过实例仿真验证了该模型和算法的有效性、可行性和稳定性, 更便于有效地指导生产实践.

     

基于TSAPO的柔性作业车间计划和调度

为使多目标柔性作业车间计划与调度的制定更适合实际生产的动态变化,提出增加动态反馈的闭环柔性作业车间计划模型及二阶式蚁群粒子群混合优化算法TSAPO。通过增加动态监视功能,及时更新和反馈实际生产数据。利用对优化目标的二阶段分解,设计带有反馈机制的调度算法。实验结果证明,该算法在求解多目标柔性作业车间调度问题中具有较好的优化效果。     

双资源批量生产柔性作业车间多目标调度方法

针对双资源批量生产柔性作业车间调度问题,提出了一种多目标精细化调度方法。针对双资源批量生产柔性作业车间多目标调度问题特点,建立了一类以制造成本最低和完工时间最短为优化目标的双资源等量分批柔性作业车间调度多目标优化模型;提出了5种双资源批量生产柔性作业车间精细化调度技术;针对模型提出并设计了一种改进的NSGA II算法。通过案例分析验证了该方法的有效性。     

基于需求优先的多目标柔性车间调度研究

为满足按时提交客户货物的要求,需要优化企业的生产调度,现实的生产调度问题是传统车间调度问题的扩充,具有多目标、柔性等特性。针对柔性作业车间调度的需要,提出了在精益制造下的基于需求优先的多目标柔性车间调度算法。该算法以工件提前／拖期惩罚代价最小,调度最小生产周期为目标,基于规则的改进启发式调度,在调度过程中通过需求日期计算工件的优先级为每道工序分配合适的机器进行加工,可得到满意的较优解。与其他方法进行对比试验的结果表明,该算法在求解柔性作业车间调度问题是有效的。     

柔性作业车间调度问题的集成启发式算法

柔性作业车间调度问题,包括路径分配和加工排序2大子问题,是组合优化理论和实际生产管理的重要研究方向。作为传统作业车间调度的扩展,柔性作业车间调度问题的内在复杂性(强NP-Hard)使得传统的最优化方法难以有效求解。文章针对以多目标权重和最优为目标的柔性作业车间调度问题,提出基于过滤定向搜索的集成启发式算法,设计改进了节点分枝策略和局部/全局评价函数,能同时解决2大子问题。通过实例仿真,对算法性能进行比较分析和评价,结果表明了算法的可行性和有效性。     

基于改进变异算子的遗传算法求解柔性作业车间调度①

柔性作业车间调度问题是对传统车间调度问题的扩充,它更接近于现实的生产调度问题。针对柔性作业车间调度的特点,设计了基于关键工序的变异算子,使变异集中于关键路径,从而提高了变异过程的效率。还采用二向量编码、初始种群定位法和POX交叉算子,设计了新的应用于柔性作业车间调度的遗传算法,并通过实验验证了算法的有效性。     

Intelligent scheduling of a feature-process-machine tool supernetwork based on digital twin workshop

Modern manufacturing enterprises are shifting toward multi-variety and small-batch production. By optimizing scheduling, both transit and waiting times within the production process can be shortened. This study integrates the advantages of a digital twin and supernetwork to develop an intelligent scheduling method for workshops to rapidly and efficiently generate process plans. By establishing the supernetwork model of a feature-process-machine tool in the digital twin workshop, the centralized and classified management of multiple data types can be realized. A feature similarity matrix is used to cluster similar attribute data in the feature layer subnetwork to realize rapid correspondence of multi-source association information among feature-process-machine tools. Through similarity calculations of decomposed features and the mapping relationships of the supernetwork, production scheduling schemes can be rapidly and efficiently formulated. A virtual workshop is also used to simulate and optimize the scheduling scheme to realize intelligent workshop scheduling. Finally, the efficiency of the proposed intelligent scheduling strategy is verified by using a case study of an aeroengine gear production workshop.     

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。     

预制构件并行生产线资源配置与生产调度集成优化

并行生产线和特定工序生产资源共享模式可以显著改善客户满意度并节约成本.针对预制构件并行生产线资源配置与生产调度集成优化问题,基于分解策略和交替迭代优化思想,提出一种交替式混合果蝇-禁忌搜索算法(AHFOA＿TS)以最小化拖期惩罚费用.首先,通过快速启发式方法产生一较好初始解;然后,固定资源配置方案,为提高算法局部搜索能力,通过集成多种局部搜索方式,设计一种离散果蝇优化算法优化订单指派及调度方案;最后,固定订单指派及调度方案,为减少无效搜索次数,设计一种基于双层变异算子和精英劣解交叉策略的混合禁忌搜索算法以优化资源配置方案,如此两个阶段交替运行直至满足终止条件.此外,设计4种基于交替搜索框架的智能优化算法用于比较.计算结果表明, AHFOA＿TS算法能够更有效求解预制构件生产线资源配置和生产调度集成优化问题.     

改进灰狼优化算法求解模糊车间调度问题

模糊车间调度问题是复杂调度的经典体现,针对此问题设计优秀的调度方案能提高生产效率。目前对于模糊车间调度问题的研究主要集中在单目标上,因此提出一种改进的灰狼优化算法（improved grey wolf optimization,IGWO）求解以最小化模糊完成时间和最小化模糊机器总负载的双目标模糊柔性作业车间调度问题。该算法首先采用双层编码将IGWO离散化,设计一种基于HV贡献度的策略提高种群多样性;然后使用强化学习方法确定全局和局部的搜索参数,改进两种交叉算子协助个体在不同更新模式下的进化;接着使用两级变邻域和四种替换策略提高局部搜索能力;最后在多个测例上进行多组实验分析验证改进策略的有效性。在多数测例上,IGWO的性能要优于对比算法,具有良好的收敛性和分布性。     

Edge computing-based real-time scheduling for digital twin flexible job shop with variable time window

Production scheduling is the central link between enterprise production and operation management and is also the key to realising efficient, high-quality and sustainable production. However, in real-world manufacturing, the frequent occurrence of abnormal disturbance leads to the deviation of scheduling, which affects the accuracy and reliability of scheduling execution. The traditional dynamic scheduling methods (TDSMs) cannot solve this problem effectively. This paper presents a real-time digital twin flexible job shop scheduling (R-DTFJSS) method with edge computing to address the issue. Firstly, an overall framework of R-DTFJSS is proposed to realise real-time scheduling (RS) through real-time interaction between physical workshop (PW) and virtual workshop (VW). Secondly, the implementation process of R-DTFJSS is designed to realise real-time operation allocation. Then, to obtain the optimal RS result, an improved Hungarian algorithm (IHA) is adopted. Finally, a case simulation from an industrial case of a cooperative enterprise is described and analysed to verify the effectiveness of the proposed R-DTFJSS method. The results show that compared with the TDSMs, the R-DTFJSS method can effectively deal with unexpected and frequent abnormal disturbances in the production process.     

加工时间不确定的炼钢-连铸鲁棒优化调度方法

炼钢-连铸生产存在着复杂的物理和化学变化,加工时间在实际生产中呈现出较强的波动性,基于标准加工时间建立的调度方案难以满足实际生产需求.针对加工时间不确定的炼钢-连铸调度问题,采用鲁棒优化方法,构造“盒子+多面体”型不确定集处理加工时间信息,建立以总等待时间最小为目标的炼钢-连铸鲁棒优化调度模型.针对模型中存在两种不同类型决策变量的情况,即离散型的指派变量和连续型的鲁棒对等转换变量,结合两类变量特征提出一种混合编码遗传算法,并针对染色体的混合编码特征提出并行进化策略.算法中引入精英策略和自适应的调节参数方法,以提高搜索能力.最后基于不同规模的实际生产数据进行仿真实验,验证了鲁棒优化调度模型和算法的有效性.     

基于上下文赌博机的自适应实时车间调度

传统的多Agent车间调度方法使用单一调度规则, 忽略了生产环境变化对调度规则适用性的影响, 导致调度结果欠佳. 本文针对该问题提出一种自适应实时车间调度方法, 通过上下文赌博机对工件调度过程进行类比建模. 经过若干回合学习的上下文赌博机模型能够依据生产环境制定调度决策, 获得优异的调度结果. 最后, 通过仿真实验验证了提出方法的有效性.     

A Case Study on Integrated Production Planning and Scheduling in a Three-Stage Manufacturing System

This paper presents an integrated optimization model of production planning and scheduling for a three-stage manufacturing system, which is composed of a forward chain of three kinds of workshops: a job shop, a parallel flow shop consisting of parallel production lines, and a single machine shop. As the products at the second stage are assembled from the parts produced in its upstream workshop, a complicated production process is involved. On the basis of the analysis of the batch production, a dynamic batch splitting and amalgamating algorithm is proposed. Then, a heuristic algorithm based on a genetic algorithm (known as the integrated optimization algorithm) is proposed for solving the problem. Note to Practitioners-This paper presents a method for integrated production planning and scheduling in a three-stage manufacturing system consisting of a forward chain of three kinds of workshops, which is common in such enterprises as producers of automobiles and household electric appliances, as in the case of an autobody plant usually with the stamping workshop, the welding and assembling workshop, and the painting workshop. Herein, the production planning and scheduling problems are simultaneously addressed in the way that a feasible production plan can be obtained and the inventory reduced. A batch splitting and amalgamating algorithm is proposed for balancing the production time of the production lines. And a case study of the integrated planning and scheduling problem in a real autobody plant verifies the effectiveness of our method     

基于Agent的混合流水车间动态调度系统

针对敏捷制造调度环境的不确定性、动态性以及混合流水车间（HFS）调度问题的特点,设计了一种基于多Agent的混合流水车间动态调度系统,系统由管理Agent、策略Agent、工件Agent和机器Agent构成。首先提出一种针对混合流水车间环境的插值排序（HIS）算法并集成于策略Agent中,该算法适用于静态调度和多种动态事件下的动态调度。然后,设计了各类Agent间的协调机制,在生产过程中所有Agent根据各自的行为逻辑独立工作并互相协调。在发生动态事件时,策略Agent调用HIS算法根据当前车间状态产生工件序列,随后各Agent根据生成的序列继续进行协调直到完成生产。最后进行了发生机器故障、订单插入情况下的重调度以及在线调度等动态调度的实例仿真,结果表明对于这些问题,HIS算法的求解效果均优于调度规则,特别是在故障重调度中,HIS算法重调度前后的Makespan一致度达97.6%,说明系统能够灵活和有效地处理混合流水车间动态调度问题。     

机器故障的柔性加工与装配作业车间分批联合调度算法

针对传统的加工与装配分阶段独立调度中资源利用率不高的问题,将加工与装配联合同时进行调度。在考虑工件批量和批次的前提下提出一种改进遗传算法求解该问题,以最小化最大完工时间为优化目标建立数学模型,根据问题特性提出一种工件末工序前移的邻域结构,提升了算法的局部搜索能力进而改善整体求解质量。设计了一种基于装配设备负载均衡的混合贪婪解码方法,完成了装配设备选择。考虑到实际车间中机器故障的特点,提出了相应的响应策略和染色体更改规则,解决了动态调度问题。最后通过算例分析验证了所提算法和策略求解该问题的可行性和有效性。