基于改进NSGA-II算法的多型号位标器共线装调重调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进NSGA

A scheduling method for collinear loading and weight adjustment of multi model locator based on improved NSGA-II algorithm

【技术实现步骤摘要】
基于改进NSGA
‑
II算法的多型号位标器共线装调重调度方法


[0001]本专利技术属于作业车间生产调度技术问题，更具体地说，是涉及一种基于改进NSGA
‑
II算法的多型号位标器共线装调重调度方法。

技术介绍

[0002]位标器的装调生产调度属于柔性作业车间调度问题(Flexible job
‑
shop scheduling problem，FJSP)，其特点是每道工序可在若干个并行工位上进行，主要考虑不同型号位标器工序间的装调顺序和工序的工位选择，对它的研究具有重要的理论价值和应用意义。
[0003]目前，许多学者主要研究的是单目标的作业车间调度问题，即使是多目标，但也会将各个目标进行加权求和转换成单一目标。然而，实际生产中各个目标一般是相互影响的，并且各个目标的权值不好确定，单一目标很难反映实际生产调度问题。并且大多数的文献中研究的是不存在优先度或只有紧急插单这种只有一个高优先度的作业车间调度问题，而位标器的装调生产过程中存在自检、军检两个高优先度，即进行自检产品的优先度比正常装调生产的产品高，而进行军检产品的优先度比进行自检产品高。
[0004]多目标调度问题由于各个目标之间会产生冲突，即一个目标变优会导致另一目标变差，因此，其优化结果一般不是一个最优解，而是若干个解组成的解集，称为Pareto最优解集或者非支配解集。现有技术中已提出多种求解算法，其中，DEB等提出的非支配排序遗传算法NSGA
‑
II具有运行速度快、解集的收敛性好的优点，被国内外学者广泛应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术就是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于改进NSGA
‑
II算法的多型号位标器共线装调重调度方法。该方法首先根据实际的位标器装调过程中存在多种型号产品共线生产且具有自检、军检两种高优先度的特点建立总拖期最小和方案偏离度最小两个目标的柔性作业调度模型；其次对非支配排序遗传算法进行改进，不仅消除了大量个体重复的特点还保持了个体的多样性；然后利用改进的非支配排序遗传算法来解决多型号位标器共线装调生产调度问题，并利用层次分析法从Pareto最优解集中选出最为满意的一个解。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]基于改进NSGA
‑
II算法的多型号位标器共线装调重调度方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1.从生产系统中读取调度相关信息，根据产品工序、批号、工位及优先度的不同，建立约束条件，设置模型参数并建立目标函数及约束函数，然后建立双目标重调度模型；
[0009]步骤2.使用NSGA
‑
II算法得到位标器共线装调重调度问题的初代种群，然后设定编码方法及对应的解码方法，通过编码对种群个体进行分级及分组，并标记类别，通过解码将选中的个体通过交叉操作获得新个体，通过变异操作扩展搜索空间并加强算法的局部搜
索能力；
[0010]步骤3.通过在每一个非支配层中设置一邻域半径并删除该层中个体邻域中的其他邻居个体，获得改进的NSGA
‑
II算法，应用改进的NSGA
‑
II算法求解装调重调度问题，得到Pareto解集；
[0011]步骤4.运用层次分析法从Pareto解集中选出最优解，首先构建层次结构模型，然后根据层次结构模型，构造判断矩阵，计算判断矩阵的特征向量。
[0012]优选的，步骤1中，重调度过重需要满足以下约束条件：
[0013]每种产品的装调生产顺序由工艺决定，其工序已知且不可变动；
[0014]重调度时刻，正在进行的工序仍然在此工位上进行；
[0015]同一时刻同一道工序只能选择一个工位进行装配或测试；
[0016]同一时刻同一个工位只能处理一道工序；
[0017]同一工序处理过程不能中断；
[0018]并行工位的各项规格参数都相同且功能一致；
[0019]同一种且同一批次产品的工序之间有先后顺序约束；
[0020]不同种或不同批次的产品之间没有先后顺序的约束；
[0021]当有不同优先度的产品在同一个工位上进行装调时，优先安排较高优先度的产品。
[0022]优选的，步骤1中，双目标重调度模型所考虑的两个目标包括：
[0023]第一优化目标为总拖期最小；
[0024]第二优化目标为重调度方案对原方案的偏离程度最小。
[0025]优选的，目标函数设置如下：
[0026]总拖期时间函数为
[0027][0028]方案偏离度函数为
[0029][0030]约束函数为：
[0031][0032][0033][0034]ST
iw(j+1)
≥CT
iwj
,j＝1,2,
…
,J
i
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0035]ST
iwj
≥CT
i'w'j'
‑
ξ
×
z
iwji
′
w
′
j
′
k
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(7)
[0036]ST
i'w'j'
≥CT
iwj
‑
ξ
×
(1
‑
z
iwji
′
w
′
j
′
k
)
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(8)
[0037][0038]其中，式(3)和式(4)表示0、1变量；式(5)表示某一工序的开始处理时间和工序的整体完成时间不应该大于工序的完工时间；式(6)用于限制后道工序必须在前道工序完成后才可开始工作；式(7)和式(8)用于限制各工位同一时刻最多只能处理一批产品的一道工序；式(9)用于限制每道工序只能在一个工位上进行处理，中途不能更换工位。
[0039]优选的，步骤2中，编码采用四层编码方式，第一层表示各产品所对应的优先度，第二层表示各型号产品的工序信息，第三层表示工件的批号信息，第四层表示各工序对应的工位信息；
[0040]解码方式采用分层解码策略，即将按优先度大小将染色体分成最多三部分，然后对较次级的优先度的部分染色体采用插入式贪婪解码方式进行解码。
[0041]优选的，步骤2中，交叉操作的具体步骤包括：
[0042]步骤2.1.1.在父母两条染色体的第二层中随机选择几个位置；
[0043]步骤2.1.2.将父代染色体第二层的这些位置上的基因复制到子代相同位置上；
[0044]步骤2.1.3.将母代染色体第二层上子代所缺少的基因按照顺序填本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于改进NSGA
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II算法的多型号位标器共线装调重调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.从生产系统中读取调度相关信息，根据产品工序、批号、工位及优先度的不同，建立约束条件，设置模型参数并建立目标函数及约束函数，然后建立双目标重调度模型；步骤2.使用NSGA
‑
II算法得到位标器共线装调重调度问题的初代种群，然后设定编码方法及对应的解码方法，通过编码对种群个体进行分级及分组，并标记类别，通过解码将选中的个体通过交叉操作获得新个体，通过变异操作扩展搜索空间并加强算法的局部搜索能力；步骤3.通过在每一个非支配层中设置一邻域半径并删除该层中个体邻域中的其他邻居个体，获得改进的NSGA
‑
II算法，应用改进的NSGA
‑
II算法求解装调重调度问题，得到Pareto解集；步骤4.运用层次分析法从Pareto解集中选出最优解，首先构建层次结构模型，然后根据层次结构模型，构造判断矩阵，计算判断矩阵的特征向量。2.根据权利要求1所述的基于改进NSGA
‑
II算法的多型号位标器共线装调重调度方法，其特征在于，所述步骤1中，重调度过重需要满足以下约束条件：每种产品的装调生产顺序由工艺决定，其工序已知且不可变动；重调度时刻，正在进行的工序仍然在此工位上进行；同一时刻同一道工序只能选择一个工位进行装配或测试；同一时刻同一个工位只能处理一道工序；同一工序处理过程不能中断；并行工位的各项规格参数都相同且功能一致；同一种且同一批次产品的工序之间有先后顺序约束；不同种或不同批次的产品之间没有先后顺序的约束；当有不同优先度的产品在同一个工位上进行装调时，优先安排较高优先度的产品。3.根据权利要求1所述的基于改进NSGA
‑
II算法的多型号位标器共线装调重调度方法，其特征在于，所述步骤1中，双目标重调度模型所考虑的两个目标包括：第一优化目标为总拖期最小；第二优化目标为重调度方案对原方案的偏离程度最小。4.根据权利要求1所述的基于改进NSGA
‑
II算法的多型号位标器共线装调重调度方法，其特征在于，所述目标函数设置如下：总拖期时间函数为方案偏离度函数为所述约束函数为：
ST
iw(j+1)
≥CT
iwj
,j＝1,2,
…
,J
i
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(6)ST
iwj
≥CT
i'w'j'
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j
′
k
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(7)ST
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≥CT
iwj
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ξ
×
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‑
z
iwji
′
w
′
j
′
k
)
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(8)其中，式(3)和式(4)表示0、1变量；式(5)表示某一工序的开始处理时间和工序的整体完成时间不应该大于工序的完工时间；式(6)用于限制后道工序必须在前道工序完成后才可开始工作；式(7)和式(8)用于限制各工位同一时刻最多只能处理一批产品的一道工序...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琳，汪博林，王瑞，钟诗胜，张永健，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：