一种基于Gibbs取样法的调度方法技术

本发明专利技术提出了一种基于Gibbs取样法的调度方法，本发明专利技术不仅考虑了任务的结构特性以及设备的加工能力，还考虑了设备间的运输关系，利用Gibbs取样策略对各备选设备进行调度判断选择。本发明专利技术将各设备的负载状态作为调度决策的依据，在考虑关键设备负载最小化的前提下，解决具有固定I/O约束的生产调度问题。

A Scheduling Method Based on Gibbs Sampling

The invention proposes a scheduling method based on Gibbs sampling method, which considers not only the structural characteristics of tasks and the processing capacity of equipment, but also the transport relationship between equipment, and uses Gibbs sampling strategy to judge and select the scheduling of alternative equipment. The invention takes the load state of each equipment as the basis of scheduling decision, and solves the production scheduling problem with fixed I/O constraints on the premise of minimizing the load of key equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Gibbs取样法的调度方法
本专利技术属于多调度决策单元协同决策的调度优化
，主要应用于设备具有柔性加工能力的分布式制造系统，特别是涉及一种基于Gibbs取样法的调度方法。
技术介绍
生产调度问题是一种具有多约束的调度问题，在实际生产过程中的特殊调度约束包括：零等待约束、多任务动态调度约束、均衡负载约束、加工代价约束、交货期约束等。因此，在解决实际问题时，需要对一般的调度算法进行相应的改进。现代化的生产模式，对调度任务提出了新的“去中心化”约束，即在调度过程中考虑物流以及分布式加工设备的地理位置对整体产业的影响。由于目前的生产调度问题多属于柔性调度问题，该问题是一类NP问题，其在线性时间内无最优解。因此，近年来对生产调度算法的研究以降低复杂度作为目标，此类方法多以物流、产业链、供需关系约束作为基本约束。在传统生产的基础上强调了物流运输的作用。本专利技术的研究对象是在“去中心化”的生产模式中考虑产品的固定输入输出约束。其调度约束即在固定的产品输入节点和输出节点条件下，从中间环节的“柔性设备”中，找到一条相对最优的调度路线，使整体的生产执行时间最小。目前对固定I/O约束的生产调度研究内容较少。已有的面向定点输出的分布式制造调度方法,包括基于动态rank的调度算法，逆序分治求解算法、启发式算法以及动态回退算法等。这些方法的本质是以任务路径的长短以及运输代价的高低作为调度决策,没有将设备柔性加工能力与考虑设备的运输进行综合考虑。本专利技术的创新之处在于利用了分布式设备的运输特性，在考虑设备柔性加工能力的同时，考虑设备的运输关系。对此，本专利技术不仅需要考虑任务的结构特性以及设备的加工能力，还需要考虑设备间的运输关系,因此，本专利技术所述方法具有较好的实用性。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有的技术问题，提供了一种基于Gibbs取样法的调度方法。本专利技术不仅考虑了任务的结构特性以及设备的加工能力，还考虑了设备间的运输关系，利用Gibbs取样策略对各备选设备进行调度判断选择。本专利技术将各设备的负载状态作为调度决策的依据，在考虑关键设备负载最小化的前提下，解决具有固定I/O约束的生产调度问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种基于Gibbs取样法的调度方法，步骤1：将起始工序分配到其指定设备上加工；步骤2：当有工序加工完毕时，判断是否产生可调度工序B，即前续工序均已加工完毕的工序；若存在可调度工序B，按可调度工序层数l由大到小的顺序对各可调度工序进行调度；在对某一可调度工序进行调度时，计算该可调度工序在各个设备上的综合代价O；综合代价O的计算方法如下：O＝VAM(1)其中V是工序加工代价矩阵，A为加工矩阵，M为设备运输代价矩阵，综合代价O中元素Oi,j表示某一可调度工序vi∈B在设备mj上的综合代价，Oi,:表示可调度工序vi在所有设备上的综合代价，综合代价Oi,j越小则将可调度工序vi分配到mj上加工的合理性越高；步骤3：利用Gibbs取样法为可调度工序vi分配加工设备，在区间内生成随机数o,并按Oi,j取值进行排列，若o落在Oi,j的取值区间内，则选择mj作为vi的加工设备；|m|为设备的数量，i和j均为正整数；步骤4：重复步骤2-步骤3对各个工序进行分配，最后将终止工序E分配到其指定设备上。进一步地，所述加工矩阵A中元素Ai,j表示工序vi在设备mj上加工所需要的时间，矩阵A的第i行表示工序vi在所有设备上的加工时间构成的向量。进一步地，所述工序加工代价矩阵V是由工序加工代价模型建立的工序优先关系矩阵，其目标是以任务结构的角度建立后续工序对可调度工序的影响力；该模型以某一工序vj对另一工序vi的影响力取决于二者之前的距离为原则，利用式(2)所示的函数作为vj与vi距离度量：其中succ(vi)表示工序vi的后续工序集合，α为距离控制参数，取值区间为0<α<3，li表示工序vi在任务中的层数，lj表示工序vj在任务中的层数。进一步地，所述设备运输代价矩阵M中元素Mi,j是设备mi对设备mj的相对重要度，建立设备间的转移概率矩阵H，其表达式如下：其中，adj(mi)表示与mi直接相邻的设备；Rj表示若某一可调度工序vk分配到设备mj且mj正处于加工状态，则Rs为需要等待的时间；mb为工序vk的紧前工序的加工设备；me为固定输出设备；u(i,j)表示设备mi与设备mj间的运输时间；u(b,j)表示可调度工序vk的紧前工序加工设备mb与设备mj间的运输时间；u(j,e)表示设备mj与固定输出设备me间的运输时间；u(b,s)表示设备mb与设备ms间的运输时间；u(s,e)表示设备ms与固定输出设备me间的运输时间；u(i,s)表示设备mi与设备ms间的运输时间；以设备间的li步转移矩阵判断设备相对于可调度工序vi的调度优先性，即设备运输代价矩阵本专利技术有益效果：1.采用GibbsSampling策略，极大可能地保证优先级高的工序在优先级高的设备上加工，并使各个备选设备均有被选择的可能，从而减少了关键设备的负载。同时，该策略也保证所有设备均存在调度机会，从而避免了任务调度的公平性。2.建立了加工代价模型，其以任务结构为输入，量化表达了后续工序对备选工序的影响。因此，加工代价模型是工序重要度的指标，体现了工序的调度优先性。加工代价模型从加工任务结构角度表达了工序在任务中的位置对其调度优先性的影响。3.建立了运输代价模型，其以设备的加工环境为输入，量化表达了设备位置对备选设备的影响。因此，运输代价模型是设备重要度的指标，体现了设备的调度优先性。运输代价模型从加工环境角度表达了设备在加工网络中的位置对其调度优先性的影响。附图说明图1是本专利技术的任务DAG结构图；图2是图1所示任务的设备分布状态图；图3是图1所示加工工序在各加工设备上的执行时间，即加工矩阵示意图；图4是图2所示各设备间的运输时间示意图；图5是工序间的加工代价矩阵示意图；图6是设备间的转移概率矩阵示意图；图7是当α＝0.5时设备间的运输代价矩阵示意图；图8是各工序v3-v9的调度过程图；图9是各参数α的取值分析图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在工序完成加工时，考虑其后续工序是否可以开始加工，若其后续工序成为可调度工序，则利用Gibbs取样策略，选择一个工序-设备对作为调度结果。选择某一工序加工完毕时进行调度，因为只有当工序加工完毕时，其后续工序才可能成为可调度工序。本专利技术提出一种基于Gibbs取样法的调度方法，包括以下步骤：步骤1：将起始工序分配到其指定设备上加工；步骤2：当有工序加工完毕时，判断是否产生可调度工序B，即前续工序均已加工完毕的工序；若存在可调度工序B，按可调度工序层数l由大到小的顺序对各可调度工序进行调度；在对某一可调度工序进行调度时，计算该可调度工序在各个设备上的综合代价O；综合代价O的计算方法如下：O＝VAM(1)其中V是工序加工代价矩阵，A为加工矩阵，M为设备运输代价矩阵，综合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Gibbs取样法的调度方法，其特征在于，步骤1：将起始工序分配到其指定设备上加工；步骤2：当有工序加工完毕时，判断是否产生可调度工序B，即前续工序均已加工完毕的工序；若存在可调度工序B，按可调度工序层数l由大到小的顺序对各可调度工序进行调度；在对某一可调度工序进行调度时，计算该可调度工序在各个设备上的综合代价O；综合代价O的计算方法如下：O＝VAM   (1)其中V是工序加工代价矩阵，A为加工矩阵，M为设备运输代价矩阵，综合代价O中元素Oi,j表示某一可调度工序vi∈B在设备mj上的综合代价，Oi,:表示可调度工序vi在所有设备上的综合代价，综合代价Oi,j越小则将可调度工序vi分配到mj上加工的合理性越高；步骤3：利用Gibbs取样法为可调度工序vi分配加工设备，在

【技术特征摘要】
1.一种基于Gibbs取样法的调度方法，其特征在于，步骤1：将起始工序分配到其指定设备上加工；步骤2：当有工序加工完毕时，判断是否产生可调度工序B，即前续工序均已加工完毕的工序；若存在可调度工序B，按可调度工序层数l由大到小的顺序对各可调度工序进行调度；在对某一可调度工序进行调度时，计算该可调度工序在各个设备上的综合代价O；综合代价O的计算方法如下：O＝VAM(1)其中V是工序加工代价矩阵，A为加工矩阵，M为设备运输代价矩阵，综合代价O中元素Oi,j表示某一可调度工序vi∈B在设备mj上的综合代价，Oi,:表示可调度工序vi在所有设备上的综合代价，综合代价Oi,j越小则将可调度工序vi分配到mj上加工的合理性越高；步骤3：利用Gibbs取样法为可调度工序vi分配加工设备，在区间内生成随机数并按Oi,j取值进行排列，若o落在Oi,j的取值区间内，则选择mj作为vi的加工设备；|m|为设备的数量，i和j均为正整数；步骤4：重复步骤2-步骤3对各个工序进行分配，最后将终止工序E分配到其指定设备上。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加工矩阵A中元素Ai,j表示工序vi在设备mj上加工所需要的时间，矩阵A的第i行表示工序vi在所有设备上的加工时间构成的向量。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述工序加工代价矩阵V...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛宇，钱江波，金光，高玲玲，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33