一种订单优先级感知的柔性作业车间调度方法技术

本发明专利技术公开一种订单优先级感知的柔性作业车间调度方法，利用订单信息对染色体进行编码和解码；构建的初始种群进行适应度评价，获得Pareto最优解对应的染色体；对染色体进行禁忌搜索，获得禁忌搜索结果；对禁忌搜索结果进行适应度评价，获得其在初始种群中的Pareto排序；用Pareto排序最高的染色体替换当前种群中Pareto排序最低的染色体，获得新种群；利用遗传算法对新种群进行全局优化，获得全局优化结果；对全局优化结果进行适应度评价，获得全局优化结果的Pareto排序；将Pareto排序最高的染色体输出作为最佳柔性作业车间调度方案。本发明专利技术解决了优先级作业调度问题，优先安排高优先级订单。级订单。级订单。

【技术实现步骤摘要】
一种订单优先级感知的柔性作业车间调度方法


[0001]本专利技术涉及一种订单优先级感知的柔性作业车间调度方法，属于柔性作业车间调度


技术介绍

[0002]在工业4.0的大背景下，制造企业订单急剧增加，制造商需要在有限的资源条件下保证高价值订单优先完成，实现企业利益最大化。一般而言，订单价值与订单客户重要程度、订单能够获取的经济收益紧密相关。目前存在两类超级订单，企业需要不惜一切代价尽快完成：一类订单来源于企业重要客户，制造企业需要尽快完成此类订单以保留优质客户源；另一类订单客户承诺以大量经济补偿换取快速交货，越快交货则企业获取的利益越大。此外，还存在其他不同优先级订单，对应不同程度的逾期惩罚。因此，在生产调度过程中需要尽早安排超级订单，优先安排高优先级订单，从而实现企业利益最大化。
[0003]优先级作业调度主要包括启发式规则和智能优化算法调度两类解决方法。启发式规则方法通过制定规则优先安排高优先级订单，能够保证其他订单不抢占超级订单生产资源，但规则方法基于人的经验，针对复杂问题调度质量通常较差。智能优化算法调度方法采用遗传算法、蚁群算法或禁忌搜索算法等进行调度，相比启发式规则方法，调度质量更高。在处理订单优先级调度问题时，这两类方法通常在目标函数中给予不同优先级订单相应的逾期惩罚，通过目标函数引导算法进化，达到优先安排高优先级订单的目的。此类方法在算法的进化方式中未考虑订单优先级约束，因此算法进化效率较低，同时可能存在其他订单抢占超级订单生产资源的情况。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种订单优先级感知的柔性作业车间调度方法，本专利技术提出订单优先级感知的柔性车间调度方法，解决了优先级柔性作业车间调度问题，在算法交叉变异过程中有偏好性的尽早安排超级订单、优先安排高优先级订单，加快算法进化效率和提高调度质量，同时避免其他订单抢占超级订单生产资源，帮助企业在有限资源条件下实现利益最大化。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种订单优先级感知的柔性作业车间调度方法，包括：
[0006]利用订单信息对染色体进行编码和解码，订单信息包括订单编号、工序加工的时间顺序和可选机器；
[0007]利用启发式规则进行种群初始化，获得初始种群；
[0008]对初始种群进行适应度评价，获得初始种群中Pareto排序最高的染色体；
[0009]对Pareto排序最高的染色体进行禁忌搜索，获得禁忌搜索结果；
[0010]对禁忌搜索结果进行适应度评价，计算禁忌搜索结果在初始种群中的Pareto排序；
[0011]判断禁忌搜索是否达到禁忌搜索的终止条件，若禁忌搜索达到禁忌搜索的终止条
件，则用禁忌搜索结果中Pareto排序最高的染色体替换当前种群中Pareto排序最低的染色体，形成新的种群，利用遗传算法对新种群进行全局优化，获得全局优化结果；
[0012]对全局优化结果进行适应度评价，获得全局优化结果的Pareto排序；
[0013]判断全局优化是否满足算法停止规则，若全局优化满足算法停止规则，则将全局优化结果中Pareto排序最高的染色体对应的调度方案输出作为最佳柔性作业车间调度方案。
[0014]结合第一方面，利用订单信息对染色体进行编码和解码，包括：
[0015]利用两段式整数方式进行染色体编码，编码包括机器选择编码和工序顺序编码；
[0016]利用插入式解码方式进行染色体解码，获得染色体对应的调度方案。
[0017]结合第一方面，机器选择编码包括：
[0018]在染色体中填入订单中每道工序选择的机器在工序对应可选机器集合中的索引值；
[0019]工序顺序编码包括：
[0020]在染色体中填入订单编号，一个订单编号出现的总次数为该订单包含的工序数，订单编号按照顺序出现的次数该订单的工序编号。
[0021]结合第一方面，利用启发式规则进行种群初始化，获得初始种群，包括：
[0022]种群中采用随机初始化生成第一预设比例的染色体；
[0023]根据第一优先级调度规则生成种群中第二预设比例的染色体，第一优先级调度规则是指订单优先级越高越优先进行加工，在机器选择部分采用贪婪方法，即为工序选择可选机器集合中加工时间最短的机器；
[0024]根据第二优先级调度规则生成种群中第三预设比例的染色体，第二优先级调度规则是指订单优先级越高越优先进行加工，对应加工的机器为可选机器集合中最早可开始加工的机器；
[0025]根据最早交货期规则生成种群中第四预设比例的染色体，最早交货期规则是指交货期越早的订单越优先进行加工，在机器选择部分采用贪婪方法，即为工序选择可选机器集合中加工时间最短的机器。
[0026]结合第一方面，对初始种群进行适应度评价，获得初始种群中Pareto排序最高的染色体，包括：
[0027]利用下式对初始种群进行适应度评价，获得种群中个体的第一适应度和第二适应度：
[0028][0029]式中，s1为第一适应度，s2为第二适应度，f1为最大完工时间，f2为逾期惩罚；
[0030]利用Pareto支配排序算法对初始种群中的染色体进行排序，将种群中支配等级最低且拥挤度最大的染色体作为当前种群的最优解。
[0031]结合第一方面，对种群最优解进行禁忌搜索，获得禁忌搜索结果，包括：
[0032]获取种群最优解的关键路径，对关键路径上的工序进行邻域交换；设置禁忌表禁忌已经历的操作，已经历的操作指已进行邻域交换的工序，将已经历的操作排除在邻域交换的范围外；其中邻域交换遵循以下规则：
[0033]若两道待交换工序均为超级订单工序或两道待交换工序为同优先级订单，直接进行邻域交换；
[0034]若两道待交换工序中只有一道工序为超级订单工序，则超级订单工序只能与非超级订单工序进行左交换；
[0035]若两道待交换工序属于不同优先级订单，则计算待交换工序的优先级权重与开始加工时间的比值，比值大的待交换工序与比值小的待交换工序进行左交换。
[0036]结合第一方面，利用遗传算法对当前种群进行全局优化，获得全局优化结果，包括：
[0037]利用Pareto支配算法对染色体进行排序，实现多目标优化，利用精英保留策略选择Pareto排序高的染色体形成新种群；
[0038]两个父代个体结构按照一定交叉概率进行交叉，产生新的子代个体；
[0039]交叉后产生的子代个体以极小的概率发生变异，由于禁忌搜索中已对工序编码部分进行了局部搜索，因此仅进行机器编码部分的变异操作。
[0040]结合第一方面，利用Pareto支配算法对染色体进行排序，实现多目标优化，利用精英保留策略选择Pareto排序高的染色体形成新种群，包括：将父代种群F
i
和子代种群D
i
合成种群R
i
，然后通过Pareto支配算法计算种群R
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种订单优先级感知的柔性作业车间调度方法，其特征在于，包括：利用订单信息对染色体进行编码和解码，订单信息包括订单编号、工序加工的时间顺序和可选机器；利用启发式规则进行种群初始化，获得初始种群；对初始种群进行适应度评价，获得初始种群中Pareto排序最高的染色体；对Pareto排序最高的染色体进行禁忌搜索，获得禁忌搜索结果；对禁忌搜索结果进行适应度评价，计算禁忌搜索结果在初始种群中的Pareto排序；判断禁忌搜索是否达到禁忌搜索的终止条件，若禁忌搜索达到禁忌搜索的终止条件，则用禁忌搜索结果中Pareto排序最高的染色体替换当前种群中Pareto排序最低的染色体，形成新的种群，利用遗传算法对新种群进行全局优化，获得全局优化结果；对全局优化结果进行适应度评价，获得全局优化结果的Pareto排序；判断全局优化是否满足算法停止规则，若全局优化满足算法停止规则，则将全局优化结果中Pareto排序最高的染色体对应的调度方案输出作为最佳柔性作业车间调度方案。2.根据权利要求1所述的一种订单优先级感知的柔性作业车间调度方法，其特征在于，利用订单信息对染色体进行编码和解码，包括：利用两段式整数方式进行染色体编码，编码包括机器选择编码和工序顺序编码；利用插入式解码方式进行染色体解码，获得染色体对应的调度方案。3.根据权利要求2所述的一种订单优先级感知的柔性作业车间调度方法，其特征在于，机器选择编码包括：在染色体中填入订单中每道工序选择的机器在工序对应可选机器集合中的索引值；工序顺序编码包括：在染色体中填入订单编号，一个订单编号出现的总次数为该订单包含的工序数，订单编号按照顺序出现的次数为该订单的工序编号。4.根据权利要求1所述的一种订单优先级感知的柔性作业车间调度方法，其特征在于，利用启发式规则进行种群初始化，获得初始种群，包括：种群中采用随机初始化生成第一预设比例的染色体；根据第一优先级调度规则生成种群中第二预设比例的染色体，第一优先级调度规则是指订单优先级越高越优先进行加工，在机器选择部分采用贪婪方法，即为工序选择可选机器集合中加工时间最短的机器；根据第二优先级调度规则生成种群中第三预设比例的染色体，第二优先级调度规则是指订单优先级越高越优先进行加工，对应加工的机器为可选机器集合中最早可开始加工的机器；根据最早交货期规则生成种群中第四预设比例的染色体，最早交货期规则是指交货期越早的订单越优先进行加工，在机器选择部分采用贪婪方法，即为工序选择可选机器集合中加工时间最短的机器。5.根据权利要求1所述的一种订单优先级感知的柔性作业车间调度方法，其特征在于，对初始种群进行适应度评价，获得初始种群中Pareto排序最高的染色体，包括：利用下式对初始种群进行适应度评价，获得种群中个体的第一适应度和第二适应度：
式中，s1为第一适应度，s2为第二适应度，f1为最大完工时间，f2为逾期惩罚；利用Pareto支配排序算法对初始种群中的染色体进行排序，将种群中支配等级最低且拥挤度最大的染色体作为当前种群的最优解。6.根据权利要求1所述的一种订单优先级感知的柔性作业车间调度方法，其特征在于，对种群最优解进行禁忌搜索，获得禁忌搜索结果，包括：获取种群最优解的关键路径，对关键路径上的工序进行邻域交换；设置禁忌表禁忌已经历的操作，已经历的操作指已进行邻域交换的工序，将已经历的操作排除在邻域交换的范围外；其中邻域交换遵循以下规则：若两道待交换工序均为超级订单工序或两道待交换工序为同优先级订单，直接进行邻域交换；若两道待交换工序中只有一道工序为超级订单工序，则超级订单工序只能与非超级订单工序进行左交换；若两道待交换工序属于不同优先级订单，则计算待交换工序的优先级权重与开始加工时间的比值，比值大的待交换工序与比值小的待交换工序进行左交换。7.根据权利要求1所述的一种订单优先级感知的柔性作业车间调度方法，其特征在于，利用遗传算法对当前种群进行全局优化，获得全局优化结果，包括：利用Pareto支配算法对染色...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶怡，王露，杨会甲，范营营，鲁帆，朱超，李坤东，关锦菊，刘瑞东，
申请(专利权)人：西安航天自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：