[发明专利]一种具有充分必要条件邻域结构的作业车间调度优化方法

说明书

本发明属于车间调度相关技术邻域，其公开一种具有充分必要条件邻域结构的作业车间调度优化方法。该方法包括下列步骤：由作业车间调度问题的当前解获取调度的关键路径，根据充分必要条件对关键路径块中工序的加工顺序进行调整，获得多种不同加工顺序。计算每个加工顺序的总加工时间，将总加工时间最短的加工顺序作为当前调度顺序。充分必要条件为：(1)不存在js(u)到v的路径是u移动到v之后加工生成的邻域解为可行解的充分必要条件；(2)不存在u到jp(v)的路径是v移动到u之前加工生成的邻域解为可行解的充分必要条件。通过本发明，实现在求解作业车间调度问题时，有效的提高求解质量，缩短求解时间。

技术邻域

本发明属于车间调度相关技术领域，更具体地，涉及一种具有充分必要条件邻域结构的作业车间调度优化方法。

背景技术

车间调度问题是指将生产资源进行合理地配置，以此提高生产效率，降低生产成本等。作业车间调度问题(job-shop scheduling problem,JSP)是一种经典的车间调度问题，其描述为有n个工件，每个工件有m道工序需要在m台不同机器上进行加工，不同的工件在加工过程中流经的机器顺序不同，需要对每一台机器上工件的加工顺序和加工时间进行安排，使得某些指标达到最优。

JSP是NP难问题，对于小规模问题使用可以使用精确解法，但对于大规模问题，很难使用精确算法在有限时间里获得满意解。因此，为了提高问题的求解效率和求解质量，学者们通常使用智能优化算法，其中具有高效局部搜索的智能优化算法能够极大的提高求解质量和求解效率，而邻域结构是局部搜索的关键之一。

在现有研究中，邻域结构通常分为两种类型：基于编码的邻域结构和基于关键路径的邻域结构。针对JSP，大多使用基于关键路径的邻域结构，关键路径是指从刚开始加工到所有工件加工结束时的最长路径，现在常用的基于关键路径的邻域结构有三种，其被命名为N5，N6，N7，Nowicki等人(Nowicki,E.,Smutnicki,C.(1996).A fast taboo searchalgorithm for the job shop problem.Management Science,42(6),797-813.)提出N5邻域结构，Balas等人(Balas E,Vazacopoulos A.Guided local search with shiftingbottleneck for job shop scheduling[J].Management science,1998,44(2):262-275.)提出N6邻域结构，Zhang等人(Zhang C Y,Li P G,Guan Z L,et al.A tabu searchalgorithm with a new neighborhood structure for the job shop schedulingproblem[J].ComputersOperations Research,2007,34(11):3229-3242.)提出了一种N7邻域结构，上述方法中存在的问题在于：获得的邻域解数量有限，搜索的时间长且精度低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有充分必要条件邻域结构的作业车间调度优化方法，提出一种新型的邻域邻域结构，并通过该新型的邻域结构对关键路径块上的关键路径块的顺序进行调整，能获得所有可行的调度顺序，并且能从所有可行的调度顺序中快速准确的搜索获得总加工时间最短的调度顺序。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种具有充分必要条件邻域结构的作业车间调度优化方法，该方法包括下列步骤：

由作业车间调度问题的当前解获取调度的关键路径，根据获得可行解的充分必要条件对关键路径上的径块中工序的加工顺序进行调整，以此获得多种不同加工顺序的可行邻域解，计算每个可行邻域解的加工时间，将总加工时间最短的邻域解作为当前解，多次迭代后获得所需的最优邻域解，其中，所述充分必要条件包括以下两个：