[发明专利]一种邻域结构及其在作业车间调度中的应用

说明书

本发明公开了一种邻域结构及其在作业车间调度中的应用，属于车间调度领域，其中，一种邻域结构为：当满足约束条件C(u)≥C(jp[v])或S(v)≤S(js[u])时，关键路径块中的工序交换加工顺序后不会产生不可行解；另一种邻域结构为：当满足约束条件C(u)≥S(jp[v])或S(v)≤C(js[u])时，关键路径块中的工序交换加工顺序后不会产生不可行解。两种邻域结构不需要消耗较大的计算资源，不会增加整个算法的编写难度。两种邻域结构应用于作业车间调度时，在有效的提高算法的求解速度的同时，也提高了算法的求解质量。

技术领域

本发明属于车间调度领域，更具体地，涉及一种邻域结构及其在作业车间调度中的应用。

背景技术

作业车间调度问题(job shop scheduling problem，JSP)是一种典型的车间调度问题，在生产实际中有具有广泛的应用。JSP是NP-hard问题，因此为了在有限时间里求得满意解，通常使用智能优化算法对该问题进行求解。智能优化算法主要由全局搜索和局部搜索两部分组成，而邻域结构作为局部搜索的核心部分，对整个算法的求解效率和求解质量起到关键性作用。

在现有技术中，对邻域的设计主要有两种类型。第一种类型是从编码的角度设计邻域操作，但由于编码空间与问题解空间的不对等关系，以这种方式设计的邻域的求解质量不高；第二种类型是直接从解空间的角度设计邻域结构，通过分析解空间中存在的知识，设计高效的邻域结构。在解空间中存在的知识有：1、当关键路径中的工序没有变化时，解不会变优；2、关键路径中相同机器加工的相邻工序称为关键路径块，当关键路径块中的首工序和尾工序不发生变化时，解不会变优。在以上两点知识的基础上，学者设计了若干种不同的邻域结构。但以这种方式设计的邻域结构存在邻域变换后得到的解可能为不可行解的情况。

为解决这个问题，Balas等人在1998年(Balas E，Vazacopoulos A.Guided localsearch with shifting bottleneck for job shop scheduling[J].Managementscience，1998，44(2)：262-275.)提出一种邻域结构，在满足约束条件的情况下进行邻域搜索，不会产生不可行解。其具体内容为：当满足约束条件L(0，u)+p_u≥L(0，jp[V])+p_jp[v]时，关键路径块的非首工序插入首工序之前不会产生不可行解；当满足约束条件L(v，n)≥L(js[u]，n)时，关键路径块上的非尾工序插入尾工序之后不会产生不可行解。其中，上述约束条件中符号表示的含义如下：

u、v表示同一关键路径块上的两个工序，且工序u在工序v之前加工；

js[i]：与工序i同工件的下一道工序；

jp[i]：与工序i同工件的上一道工序；

L(0，i)：从0时刻到工序i开始加工的总时长；

L(i，n)：从工序i开始加工到所有工件加工完的总时长；

p_i：工序i的加工时长。