[发明专利]针对作业车间调度的结合关键路径的混合邻域搜索算法

说明书

所属技术领域

本发明属作业车间技术领域，用于解决作业车间调度组合优化问题。

背景技术

作业车间调度问题是最难的组合优化问题之一。问题提出到现在，已经发展了很多最优化算法和启发式近似算法。比如：整数线性规划、分支定界法、领域搜索算法、移动瓶颈过程、模拟退火算法、遗传算法、人工神经网络算法等。历史研究发现，单独使用一种启发式方法不如两种或多种方法结合的混合算法的结果好，比如：改进的邻域搜索算法、结合局部搜索的遗传算法、禁忌搜索结合移动瓶颈过程等都取得了很好的结果。但是实际作业车间调度问题复杂程度多样化，基于这样的背景和理论，为了更好的实现各个启发式算法优点的平衡，本发明提出一种结合关键路径的混合启发式邻域搜索算法。

发明内容

本算法解决的问题是：第一.多种算法的组合会更加复杂，导致计算时间和内存的限制；第二.邻域解产生方式单一造成解的多样性不足；第三.邻域搜索容易陷入局部最优；第四.一些邻域交换会产生不可行解；第五.搜索过程中可能重复搜索之前检查过的解。

本发明专利针对其技术问题采用的技术方案是：第一.根据条件判断是否执行邻域操作；第二.采用一种改进的关键路径提供一个强化搜索；第三.采用多种邻域结构生成新解；第四.引入不可行估计；第五.引入禁忌搜索。

本发明的有益效果是：第一.只有当满足特定条件时，邻域移动才会被执行，避免了很多不必要的邻域移动，节约了时间成本和内存成本；第二.关键路径强化搜索能挖掘搜索空间更深范围的解；第三.多种邻域产生方式打破新解生成过程中所有邻域都被移动的规矩，避免陷入局部最优；第四.让产生不可行的解的邻域移动终止，所有生成的解都是可行的；第五.避免了重复搜索，节约了计算成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为3个工件3个设备的调度问题实例。

图2为本算法的详细流程图。

图3为图1的一个可行解的调度甘特图。

图4为图1的一个可行解的调度析取图。

图5为初始解生成方式说明。

具体实施方式

一.作业车间调度问题描述

结合图1表示一个3*3的JSP实例，作业车间问题(JSP)可以描述为n个工件{J_i|(i＝1，2，...，n)}在m台机器{M_k|(k＝1，2，...，m)}上加工，O_ik表示工件J_i在设备M_k上加工的工序。工件加工过程需满足的约束条件包括：工序O_ik的加工时间p_ik是提前知道的，没有工序抢占，即工序在机器上一旦开始加工就不能中断直至完成；J_i在同一时刻只能在一谈设备上加工；M_k在同一时刻只能加工一个工件。目标是满足所有的优先级和容量限制，最小化总完工时间的条件下确定每一个工序的开始加工时间(rt_ik≥0)。

约束：rr_jk-rt_ik≥p_ik(i，j)∈J，k∈M

rt_jk-rt_ik≥p_ik∪rt_jk-rt_ik≥p_ik

rt_ik≥0

二.基于改进关键路径的混合邻域搜索算法

结合图2本算法的流程图，本算法有一个混合结构，它通过两个迭代阶段执行四个任务来探索近似解。第一：产生初始可行解；第二：通过多邻域结构和禁忌搜索产生新解；第三:确认新解的可行性；第四：通过改进的关键路径方法执行强化搜索。

三.初始解产生方式

本算法采用优先调度规则安排每一台设备上的加工工序，以得到一个初始解。结合图5初始解生成方式说明，初始解的生成方式如下：

①按照每个工序的工艺顺序由小到大排序

②如果加工工艺顺序相同，按照释放时间由小到大排序

③如果释放时间依然相同，按照工件编号由小到大排序。

四.析取图