一种具有充分必要条件邻域结构的作业车间调度优化方法技术

本发明专利技术属于车间调度相关技术邻域，其公开一种具有充分必要条件邻域结构的作业车间调度优化方法。该方法包括下列步骤：由作业车间调度问题的当前解获取调度的关键路径，根据充分必要条件对关键路径块中工序的加工顺序进行调整，获得多种不同加工顺序。计算每个加工顺序的总加工时间，将总加工时间最短的加工顺序作为当前调度顺序。充分必要条件为：(1)不存在js(u)到v的路径是u移动到v之后加工生成的邻域解为可行解的充分必要条件；(2)不存在u到jp(v)的路径是v移动到u之前加工生成的邻域解为可行解的充分必要条件。通过本发明专利技术，实现在求解作业车间调度问题时，有效的提高求解质量，缩短求解时间。缩短求解时间。缩短求解时间。

【技术实现步骤摘要】
一种具有充分必要条件邻域结构的作业车间调度优化方法
[0001]技术邻域
[0002]本专利技术属于车间调度相关
，更具体地，涉及一种具有充分必要条件邻域结构的作业车间调度优化方法。

技术介绍

[0003]车间调度问题是指将生产资源进行合理地配置，以此提高生产效率，降低生产成本等。作业车间调度问题(job-shop scheduling problem,JSP)是一种经典的车间调度问题，其描述为有n个工件，每个工件有m道工序需要在m台不同机器上进行加工，不同的工件在加工过程中流经的机器顺序不同，需要对每一台机器上工件的加工顺序和加工时间进行安排，使得某些指标达到最优。
[0004]JSP是NP难问题，对于小规模问题使用可以使用精确解法，但对于大规模问题，很难使用精确算法在有限时间里获得满意解。因此，为了提高问题的求解效率和求解质量，学者们通常使用智能优化算法，其中具有高效局部搜索的智能优化算法能够极大的提高求解质量和求解效率，而邻域结构是局部搜索的关键之一。
[0005]在现有研究中，邻域结构通常分为两种类型：基于编码的邻域结构和基于关键路径的邻域结构。针对JSP，大多使用基于关键路径的邻域结构，关键路径是指从刚开始加工到所有工件加工结束时的最长路径，现在常用的基于关键路径的邻域结构有三种，其被命名为N5，N6，N7，Nowicki等人(Nowicki,E.,&Smutnicki,C.(1996).A fast taboo search algorithm for the job shop problem.Management Science,42(6),797-813.)提出N5邻域结构，Balas等人(Balas E,Vazacopoulos A.Guided local search with shifting bottleneck for job shop scheduling[J].Management science,1998,44(2):262-275.)提出N6邻域结构，Zhang等人(Zhang C Y,Li P G,Guan Z L,et al.A tabu search algorithm with a new neighborhood structure for the job shop scheduling problem[J].Computers&Operations Research,2007,34(11):3229-3242.)提出了一种N7邻域结构，上述方法中存在的问题在于：获得的邻域解数量有限，搜索的时间长且精度低。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种具有充分必要条件邻域结构的作业车间调度优化方法，提出一种新型的邻域邻域结构，并通过该新型的邻域结构对关键路径块上的关键路径块的顺序进行调整，能获得所有可行的调度顺序，并且能从所有可行的调度顺序中快速准确的搜索获得总加工时间最短的调度顺序。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种具有充分必要条件邻域结构的作业车间调度优化方法，该方法包括下列步骤：
[0008]由作业车间调度问题的当前解获取调度的关键路径，根据获得可行解的充分必要条件对关键路径上的径块中工序的加工顺序进行调整，以此获得多种不同加工顺序的可行邻域解，计算每个可行邻域解的加工时间，将总加工时间最短的邻域解作为当前解，多次迭
代后获得所需的最优邻域解，其中，所述充分必要条件包括以下两个：
[0009](1)u移动到v之后加工产生可行加工顺序的充分必要条件：若不存在js(u)到v的路径时，将u移动到v之后加工可行，若存在js(u)到v的路径时，将u移动到v之后加工不可行；
[0010](2)v移动到u之前加工产生可行加工顺序的充分必要条件：若不存在u到jp(v)的路径时，则将v移动到u之前加工可行，若存在u到jp(v)的路径时，则将v移动到u之前加工不可行；
[0011]其中，u和v同一台机器上的不同工序，且u在v前面加工，js(u)是加工同一个工件时工序u后面的一道工序，jp(v)是加工同一个工件时工序v前面的一道工序。
[0012]进一步优选地，当u为首工序时，且不存在js(u)到v的路径时，将u移动至v后加工所产生的中间解集比其它方式获得的中间解集对当前调度顺序改进的概率更大。
[0013]进一步优选地，当u为首工序时，且不存在u指向jp(v)的路径时，将v移动至u之前加工产生所产生的中间解集比其它方式获得的中间解集对当前调度顺序改进的概率更大。
[0014]进一步优选地，当v为尾工序时，且不存在js(u)指向v的路径时，将u移动至v后加工产生所产生的中间解集比其它方式获得的中间解集对当前调度顺序改进的概率更大。
[0015]进一步优选地，当v为尾工序时，且不存在u指向jp(v)的路径时，将v移动至u之前加工产生所所产生的中间解集比其它方式获得的中间解集对当前调度顺序改进的概率更大。
[0016]进一步优选地，所述根据获得可行解的充分必要条件对关键路径上路径块中的加工顺序进行调整，其中调整的是关键路径块上的关键路径块中的加工工序的顺序。
[0017]进一步优选地，判断是否存在js(u)到v的路径，或者是否存在u到jp(v)的路径时，是通过从析取图中进行判断。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：
[0019]1.本专利技术提出一种新型求解邻域解的方法，与现有的邻域结构相比，本专利技术中通过采用具有充分必要条件的邻域结构改变提出的关键路径块上工序加工顺序，通过该邻域结构能够找到在关键路径块上的所有可行邻域解，即能够获得所有可行的调度顺序，提高算法的搜索质量的效果，实现快速准确的获得中总加工时间最短的调度顺序；
[0020]2.在本专利技术中通过采用产生可行解的充分必要条件，保证了在改变机器上工序加工顺序后产生的邻域解为可行解，由于约束条件为充分必要条件，因此可以获得最多的由单工序改变而产生的邻域解，提高搜索效率；
[0021]3.本专利技术只改变关键路径上的工序加工顺序，且被改变加工顺序的加工工序必然存在该关键路径块的第一个工序或最后一个工序，使用这种方法可以减少对当前解没有改进的邻域解，提高了搜索效率和搜索的方向性；
[0022]4.本专利技术中采用的充分必要调节的邻域结构通过改变关键路径块中工序的顺序，能够获得最多的由单工序改变而产生的邻域解，且在此基础上去除了很多对当前解没有改进的邻域解，尤其是当工序u为首工序或v为尾工序时，其所产生的中间解集比其它方式获得的中间解集对当前调度顺序改进的概率更大；
[0023]5.对于JSP中的长方形问题，即待加工工件数与加工机器数的比例较大时，在搜索
后期，关键路径中的关键路径块数量较少，关键路径块中包含的工序较多，当使用其他邻域结构时，只能搜索到较少的邻域解，使得求解质量下降，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有充分必要条件邻域结构的作业车间调度优化方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：对于作业车间的当前调度顺序，采用充分必要条件邻域结构对调度的关键路径上路径块中的加工顺序进行调整，以此获得多种不同的加工顺序，计算每个加工顺序对应的总加工时间，将总加工时间最短的加工顺序作为当前调度顺序，多次迭代调整后获得总加工时间最短的调度顺序，以此实现车间调度的优化，其中，所述充分必要条件邻域结构包括以下两个：(1)u移动到v之后加工产生可行加工顺序的充分必要条件：若不存在js(u)到v的路径时，将u移动到v之后加工可行，若存在js(u)到v的路径时，将u移动到v之后加工不可行；(2)v移动到u之前加工产生可行加工顺序的充分必要条件：若不存在u到jp(v)的路径时，则将v移动到u之前加工可行，若存在u到jp(v)的路径时，则将v移动到u之前加工不可行；其中，u和v同一台机器上的不同工序，且u在v前面加工，js(u)是加工同一个工件时工序u后面的一道工序，jp(v)是加工同一个工件时工序v前面的一道工序。2.如权利要求1所述的一种具有充分必要条件邻域结构的作业车间调度优化方法，其特征在于，当u为首工序时，且不存在js(u)到v的路径时，将u移动至v后加工所产生的中间解集比其它方式获得的中间解集对当前调度顺序改...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新宇，桂林，高亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：