[发明专利]一种基于免疫网络理论的生产调度优化算法

说明书

一种基于免疫网络理论的生产调度优化算法，根据免疫系统中的信息处理机制，将人工免疫系统中的免疫网络理论引入生产调度系统，设计、基于独特型网络的免疫调度算法；根据独特型网络理论对最优调度规则建立独特型网络，定义了有效的抗体结构和抗原结构，将最优调度规则、当前车间状态定义为抗体，将车间状态定义为抗原；通过抗体与抗原的匹配、抗体间亲和力计算、抗体浓度计算、抗体选择，说明免疫调度算法求解调度问题的过程。本发明设计的免疫调度算法远远优于其他单个启发式规则调度算法，展现了免疫调度算法处理多目标动态调度问题的效率和有效性。

技术领域

本发明涉及互联网通讯技术领域，具体涉及一种基于免疫网络理论的生产调度优化算法。

背景技术

在工业“4.0”的时代大背景下，信息技术与制造技术蓬勃发展，相互交融，促进了制造业向“智能制造”方向发展，“智能制造”的提出将引发制造生产模式的深入变革。研究“智能制造”下的生产调度优化问题，具有前瞻性，也是未来解决众多智能生产问题的核心问题之一。本发明针对智能制造背景下的加工车间，对其进行描述，分析了生产调度优化问题的特点。针对车间生产系统具有实时动态性和高度柔性的特点，对其生产调度优化问题进行了深入研究。采取离散事件仿真建模和启发式调度规则以及人工免疫系统的理论进行仿真优化，取得了一些可行的研究成果。

规则调度方法是生产实践中应用最为广泛的启发式调度方法。它是通过一定的调度规则(Dispatching Rule)，对工件/设备进行优先级排序，控制车间制造系统中的物流过程。规则调度实际上是一个多级决策的过程，在各决策点，当有多个工件或多台设备可用时，首先选择优先级最高的工件/设备。研究表明，多种优先规则组合起来更具优势。

规则调度方法简单、易于实现，但自适应能力差，不适用于动态调度环境。本发明先后采用了63种最优调度规则和免疫调度规则求解同样的车间调度问题，通过MATLAB编程，生成大量仿真测试数据，经统计分析，免疫调度算法在1000个测试样本中胜出的累计频数远远高于所有的启发式调度规则算法，说明基于最优调度规则的调度算法在调度性能上的表现要差于本发明提出的免疫调度算法。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明基于免疫网络理论中的独特型网络提出了一种免疫调度算法，经过大量仿真测试，结果表明所设计的免疫调度算法与最优调度规则相比，能更快速地找到调度目标函数的解，且求得的函数值更优，为实现智能加工车间的多目标调度和提高调度的自适应性提供了一种有效的方法。

本发明按以下技术方案实现：

一种基于免疫网络理论的生产调度优化算法，该方法为：首先根据规则调度方法提出了63种优先级调度规则对随机动态到达智能加工车间的工件进行仿真调度，得到了满足单个调度目标最优的调度规则及车间结构仿真参数，用于同后面提出的免疫调度算法的性能作比较；然后，根据免疫系统中的信息处理机制，将人工免疫系统中的免疫网络理论引入生产调度系统，设计、基于独特型网络的免疫调度算法；根据独特型网络理论对最优调度规则建立独特型网络，定义了有效的抗体结构和抗原结构，将最优调度规则、当前车间状态定义为抗体，将车间状态定义为抗原；通过抗体与抗原的匹配、抗体间亲和力计算、抗体浓度计算、抗体选择，说明免疫调度算法求解调度问题的过程；通过MATLAB，生成大量仿真测试数据，来验证免疫调度算法的调度性能。

优选的是，所述63种优先级调度规则包括工件调度规则和机器指派规则。

优选的是，所述工件调度规则包括三种调度模式，分别为简单规则调度、符合规则调度和自定义规则调度。

优选的是，所述机器指派规则包括三种机器指派规则，分别为选择工作量最小的机器，选择利用率最低机器和选择队长最短的机器。