[发明专利]一种基于帕累托最优的非线性工作流多目标调度方法

说明书

一种基于帕累托最优的非线性虚拟工作流多目标调度方法。本发明针对非线性工作流参数相互制约难以平衡、加工路线复杂难以调度的问题，提出了一种以最小化生产费用、生产时间和最大化生产精度为求解目标的多目标优化调度方法。该算法分为三个阶段，虚拟化阶段将任务与服务抽象为虚拟结点，通过虚拟重构将非线性制造工艺转化为线性虚拟工作流模型；虚拟调度阶段根据循环加工特征将工作流划分为多个优化段，通过逆向归约迭代获得局部可行解集；生成阶段通过正向调度获得帕累托解集，根据帕累托支配关系生成调度路径。数据分析证明，通过调整截止日期、任务数量和循环数量三种影响因素，能够有效提升算法性能，本算法较传统算法具有显著优化效果，在实际制造工程中具有可行性与可操作性。

技术领域

本发明涉及一种基于帕累托最优的非线性工作流多目标调度方法，属于智能计算与调度优化领域。

背景技术

实现制造系统的智能化是实现智能制造的关键一步，随着技术的发展和消费者需求的变化，企业越来越倾向于个性化和非标准化的设计和制造，在这类复杂制造系统中，工艺路线具有非线性和多选择性的特点，目前的研究主要从问题模型和求解方法两个方面来解决调度问题，利用工作流技术可以将制造过程相互连接，在生产机器和分析系统之间共享数据，这种增加的数据流使制造过程有一个清晰的视图，能够自动、灵活的完成调度任务。

工艺规划与调度问题是制造系统的两个子系统，其中调度问题直接影响着制造工艺的效率与成本，是制造系统的基石，与其相关的研究具有重要的实际意义，非线性制造工艺受生产时间、产品质量和费用成本等需求的约束，多目标优化之间的目标冲突限制了可行解的调度方向，且不能按照单目标求解方法来评估调度方案的优劣，使调度更加困难，针对非线性制造工艺的一系列问题，利用虚拟化技术可在计算机中生成虚拟工作流，恰当地表达和计算制造规则与加工逻辑。

多目标调度与传统调度的区别在于：不再单一追求成本或生成时间，而是更加注重产品质量，会寻求生产时间、成本和质量之间的权衡，针对非线性工作流多目标调度问题，需要一种与现代创新型制造系统相匹配的调度方法。

发明内容

为实现上述目的，本发明提出基于帕累托最优的非线性工作流多目标调度方法，包括以下步骤：

(1)根据提交的工作流抽象出任务和资源集合，并生成非线性工作流模型W；

(2)重构任务节点，生成非线性工作流调度模型VWF；

(3)对工作流分层处理，计算每层中任务结点的活动区间；

(4)在各层内逆向迭代任务结点，获得局部可行解，正向迭代工作流模型，根据帕累托支配关系筛选最优解。

所述步骤(1)具体为：

(1)根据提交的工作流抽象任务和资源集合，并生成原始工作流模型W；

(1.1)根据制造工艺需求，将生产环节抽象为进程结点集P；

(1.2)将各生产环节的转换形态抽象为转调结点T，转换形态所对应的可选资源抽象为资源集S；

(1.3)将各进程结点偏序关系抽象为有向边集L，将检测标准及反馈信息抽象为检测结点集合DP；

(1.4)构建非线性工作流模型W，根据非线性制造工艺将检测结点dp_i(dp_i

∈DP,i＝1,2,…,k)依次插入W中。

所述步骤(2)具体为：

(2.1)将反馈前置结构除外的出度od或入度id大于1的进程结点输入到队列Queue中；