[发明专利]一种改良的帝国竞争算法解决柔性作业车间调度问题的方法

说明书

本发明提供一种改良的帝国竞争算法解决柔性作业车间调度问题的方法，解决现有的帝国竞争算法在离散型的柔性作业车间调度问题中的应用不足。每个国家个体采用两段式的整数编码来表达其中的一种方案，该编码方式能够适应多种柔性作业车间调度问题，减少算法的计算复杂度。三种初始化方法相混合产生初始国家群体的方法提高了群体整体解的质量，提高了算法运行效率，更快得到最优解。帝国内部的同化操作进行了改进，将殖民地国家与帝国主义国家之间通过优良信息进行交换的方式使得优良信息得以共享，从而使殖民地国家靠近帝国主义国家。帝国内部的革命操作操作，依据帝国竞争算法的迭代次数进行概率变化，增加国家个体的多样性，防止算法过早收敛。

技术领域

本发明涉及车间调度，特别是一种改良的帝国竞争算法解决柔性作业车间调度问题的方法。

背景技术

随着先进的信息技术、制造技术以及网络技术的迅猛发展，客户的需求越来越多样化、个性化，新的产品不断涌现，产品更新换代速度加快，生产模式逐渐转向“品种多样、批量变小、注重交货期、减少库存”的大规模客户定制化模式。新一轮的科技革命和产业革命蓄势待发，如德国工业界提出了“工业4.0”战略和中国提出了“中国制造2025”战略。其中，智能制造是主要发展方向之一，也是从制造大国转向制造强国的根本路径。生产调度是智能制造生产管理的关键环节，是先进智能制造系统高效运转的关键。从1954年，Johnson研究了两台机器的流水车间调度问题n/2/F/Cmax开始，车间调度问题一直受到众多研究学者的关注，其研究成果在机械、钢铁、纺织、电子等行业的车间生产中得到了广泛应用。在研究车间生产调度时，一般简化为若干调度模型，其中作业车间调度问题(Job shopscheduling problem，JSP)是一种十分典型的模型。它的特点是每个工序使用的机床被事先确定，并且是唯一的。但是，这并不符合实际加工情况，容易导致加工计划与实际生产调度相脱节。随着现代企业中生产柔性不断提高，柔性作业车间调度问题得到日益广泛的关注和研究。柔性作业车间调度问题(Flexible Job Shop Scheduling Problem，FJSP)是一类重要的生产调度问题，是在传统经典作业车间调度问题基础上，增加了加工设备的选择约束，符合实际生产过程中同一道工序会有多台加工设备满足加工的需求，使问题更加接近实际生产过程。FJSP问题是经典JSP问题的扩展，也是NP-难问题。

帝国竞争算法(Imperialist Competitive Algorithm，ICA)是一种受帝国竞争行为启发的新的智能优化算法，由Atashpaz-Gargari和Lucas在2007年提出的，属于基于社会进化革命的群体元启发式智能优化算法。帝国竞争算法的主要思想模仿了人类社会进化过程中帝国之间相互竞争并占领其殖民地的过程。帝国竞争算法开始于一群被定义为国家的个体，每个国家代表一种基本设计方案。所有国家分为两类：帝国主义国家和殖民地国家。每个国家通过成本函数判断国家的势力，势力强大的国家作为帝国主义国家；反之，势力弱的国家作为殖民地国家，之后按照帝国主义国家势力的大小对剩下的国家进行分配，使其成为各自的殖民地。由帝国主义国家和殖民地国家组成一个帝国。然后，依次进行同化、革命等操作，势力更强的帝国能够占领最弱帝国的殖民地，当所有的殖民地全部被一个帝国占有时，算法结束。传统帝国竞争算法主要解决连续型优化问题，如函数优化、设计参数优化等，并取得了比遗传算法和粒子群算法更好的结果。本发明将提出三种方法进行初始国家个体的产生，提高初始国家个体解的质量，提高求解柔性作业车间调度问题的效率。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种改良的帝国竞争算法解决柔性作业车间调度问题的方法，其可以解决现有的帝国竞争算法在离散型的柔性作业车间调度问题中的应用不足，传统帝国竞争算法中的国家个体表达方式难以表达柔性作业车间问题；解决现有的帝国竞争算法容易陷入局部最优，过早收敛的问题。