多目标混合进化算法求解加工时间可控的开放车间调度问题

开放车间调度问题属于典型的NP-hard问题。目前的相关研究大多假设工序在机器上具有固定的加工时间。然而,在大多数现实生产场景中,机床的加工时间可以通过调节加工功率加以控制。同时优化完工时间和总能耗两个冲突目标对高效、节能的开放车间生产具有重要意义。为此,研究了可控加工时间的多目标开放车间调度问题（MOOSPCPT）,以最小化完工时间和总额外能耗为目标构建了混合整数规划模型,并提出一种多目标混合进化算法（MOHEA）用于求解MOOSPCPT。在MOHEA中提出多个策略：1）改进生物地理学优化算法中的迁移策略和变异策略用于全局搜索,有效地提高了种群的多样性;2）基于关键路径设计一种自调整变邻域搜索策略,增强了算法的局部搜索能力;3）设计了一种加工时间重置算子,从而显著提升了算法的搜索效率。仿真实验结果表明：所提出的策略有效地提升了算法性能;相较于NSGA-Ⅱ（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ）、NSGA-Ⅲ（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm III）和SPEA2（Strength Pareto Evolutionary Algorithm 2）,MOHEA能够更有效地解决MOOSPCPT。     

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...     

考虑时间与能耗约束的柔性作业车间调度优化

随着能源价格日益上涨以及国家节能减排措施的不断推进,制造业正朝着绿色生产方向转型。针对受调整时间和能耗约束的柔性作业车间调度问题,建立以最大完工时间、总调整时间和总能耗为目标的数学模型。设计改进的NSGA-Ⅱ与禁忌搜索结合的多目标混合算法（MOGATS）进行求解。算法设计三种初始化规则保证初始解的质量和多样性。为提高算法搜索效果,将Pareto等级引入交叉算子中,并在变异算子中加入模拟退火算法提升算法的局部搜索能力。最后,在Pareto前沿中找到各个目标的最优个体作为初始解,进行禁忌搜索以提高解的质量。通过与其他算法的实验结果进行对比,验证MOGATS算法能够有效求解考虑机器调整的柔性作业车间多目标问题。     

改进NSGA-Ⅱ算法及其在切削加工参数优化中的应用

针对NSGA-Ⅱ算法种群收敛分布不均匀,全局搜索能力差,易陷入局部最优等不足,引入正交交叉策略与混合变异算子,提出一种改进的NSGA-Ⅱ算法。在测试函数上对改进NSGA-Ⅱ算法与传统NSGA-Ⅱ算法同时进行性能测试,结果表明改进的NSGA-Ⅱ算法无论是在收敛性还是多样性上均优于NSGA-Ⅱ算法。将改进算法与传统NSGA-Ⅱ算法同时应用于6061铝合金精密车削加工参数多目标优化设计中,研究结果表明改进NSGA-Ⅱ算法收敛精度更高,收敛速度更快,优化结果更加逼近全局最优解,在求解切削加工参数多目标优化问题时更加有效。     

基于改进变邻域NSGA-Ⅱ的绿色跨单元调度问题

针对绿色背景下跨单元调度存在加工效率低和能源消耗高等问题，建立了以最小化完工时间和全局能耗的多目标数学模型。提出了一种改进变邻域NSGA-Ⅱ算法求解模型。首先引入三层编码表达问题特征，然后设计了考虑运输时间的解码方法，提出一种基于Sigmoid函数的自适应交叉变异率以保证种群多样性，最后构建了三种变邻域结构融入改进后的NSGA-Ⅱ算法来增强局部搜索能力。实验表明，改进后的算法能有效求解模型，运输时间能够协调完工时间和能耗关系。     

多种群NSGA-Ⅱ改进算法的大规模柔性作业车间调度问题

在研究柔性作业车间调度问题(FJSP)中为模拟实际大型生产车间的柔性作业车间调度情景,设计了基于传统基准实例的大规模FJSP数据集.针对大规模FJSP数据集,提出了以最大完工时间、机器最大负荷、机器总负荷为优化指标构建多目标柔性作业车间调度模型,在求解时为避免算法陷入局部最优,提出了一种多种群NSGA-Ⅱ改进算法(IM...     

基于价值密度的Job-shop车间生产计划控制

针对离散型生产中工艺路线不确定,工时不准确,加工中变化快,物流速度快的生产现状,提出计划期内生产的价值作为追求目标,排产不必追求任务完成的时间节点,而应制定投产的顺序,以保证企业在单位时间内实现的价值最高,即价值密度作为排产依据。确定车间的瓶颈设备之后,通过排产保证该设备前面有足够的零部件等待加工,将人力资源和设备混合排产,在动态中实现任务计划的改变、时间窗口的锁定或拒绝,兼顾了订单的重要性和交货时间,发挥出了车间设备的最大能力。每个任务的计算量仅有一次,特别适合动态中的快速排产。     

一类基于多个目标的制造任务优化分配方法

提出了一种基于多个目标的制造任务优化分配方法。建立了以任务总加工时间最少、任务完成时间最早、任务完成总质量最高为目标函数,以制造设备负荷率满足要求为约束的优化分配模型。针对模型的多目标、多约束、大组合量特点,结合遗传算法全局搜索能力强、模拟退火算法局部搜索能力强的优点,提出了一种多阶段父代更新自适应遗传-模拟退火算法。以某多品种小批量生产车间制造任务分配为例,验证了方法的有效性。     

基于超网络的集成工艺决策与调度问题研究

针对多工艺产品的加工路线决策与车间调度方案不能同步制定的问题,在制造车间数字化背景下,提出集成车间不同要素信息的特征—工序—机器—工人的超网络结构,建立基于超网络的加工路线决策与车间调度模型,设计一种集成工艺决策与车间调度的两阶段混合遗传算法求解模型。在工艺决策阶段,设计特征—工序双层矩阵编码染色体保持加工路线的多样性,并在遗传算法的执行过程中使用变邻域搜索方法增强算法的局部搜索能力;在车间调度阶段,采用NSGA-Ⅱ算法优化调度模型,将得到的调度方案多目标值返回至工艺决策阶段用于加工路线的适应度评价。最后通过仿真实验验证了该算法的可行性与有效性。     

改进NSGA-Ⅱ算法的海上搜救调度方法

针对海上搜救资源调度决策困难、干扰多、实时性差、难以实现全局最优问题,本文以黄渤海海域为例,采用改进的非支配排序遗传(NSGA-Ⅱ)算法解决海上船舶搜救资源调度问题.首先,根据AIS以及北斗数据,建立了海上搜救资源的多目标优化模型;其次,改进的NSGA-Ⅱ算法采用基于正态分布交叉(NDX)算子,在扩大搜索范围的基础上,避免陷入局部最优,得到多目标问题完整的Pareto解集;采用综合评价法(TOPSIS)从Pareto解集中求得折衷解,即最终设计的搜救调度方案;最后,在考虑船舶数量约束以及时间约束的条件下,采用改进的NSGA-Ⅱ算法分别与NSGA-Ⅱ算法和贪婪算法进行对比,并采用黄渤海海域船舶采集数据进行仿真.结果表明该算法能够有效解决海上搜救资源调度优化问题.