[发明专利]基于改进遗传算法的同类平行机批调度方法及系统

摘要

本发明提供了一种基于改进遗传算法的不同容量的同类平行机批调度方法及系统，该方法针对不同容量限制的同类平行机批调度问题，通过改进的遗传算法，首先将工件以编码的方式，分配到各个机器上，然后依据问题的性质提出相应的分批和生产调度策略，得出相应个体的适应度值；再通过局部搜索策略，提高解的质量；基于解的适应度对种群执行交叉操作，通过重复迭代，实现对种群的不断更新，最终求的最优解。改进的遗传算法在收敛速度和收敛结果上，是一种效率很高的算法；通过该算法，解决了容量不同的同类平行机批调度问题，提高了企业的生产效率，降低了企业成本，提高了企业的服务水平。 1

主权项

1.一种基于改进遗传算法的不同容量的同类平行机批调度方法，其特征在于，包括：

步骤1、输入每个机器的容量和工件的加工时间，设定改进遗传算法参数，包括最大迭代次数t_max，全局最优解gbest，迭代次数t＝1；

步骤2、初始化种群，考虑共有Q个染色体，第h个染色体的基因定义为h＝1,2,...,Q,其中表示第h个染色体在第d维上的基因，表明第d个工件被分配至第个机器；

步骤3、用启发式算法产生一个初始解，将该初始解作为种群中的第一个染色体；

步骤4、对种群执行局部搜索策略，提高种群质量；

步骤5、计算种群中每个解的适应度，更新全局最优解，将最小适应度值赋给gbest；

步骤6、从种群中随机选择两个解和比较其适应度，将适应度较大者作为第一个父代解，重复该操作，产生另一个父代解；

步骤7、设定变量h＝1，判断rand＜0.5是否成立，其中rand为[0,1]之间的随机数，若成立，选择第一个父代解的第h个基因作为子代的第h个基因；否则，选择第二个父代解的第h个基因作为子代的第h个基因，令h＝h+1，重复该步骤直至h＞n，从而产生一个新的染色体；

步骤8、重复步骤7，产生Q个子代解，计算子代解的适应度；

步骤9、将原种群与子代种群按照适应度非减排序，取原种群前N_s个染色体和子代种群前Q‑N_s个染色体组成一个新的种群；

步骤10、将新种群按照适应度非减排序，随机产生N_m个染色体，替代新种群中的后N_m个染色体，得到下一代种群，令t＝t+1；

步骤11、判断t≤t_max是否成立，若成立，返回步骤4，否则，结束算法并输出全局最优解gbest，输出最优的加工任务分配和每个机器上的组批方式和加工顺序。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中所述用启发式算法产生一个初始解，包括：

步骤31、将所有工件按加工时间非增序进行排列,得到排序后的工件集合；

步骤32、将所有机器按加工速度非增序进行排列，若加工速度相同则按机器容量非增序进行排列；

步骤33、令j＝1，C_j[i]＝0，A_i＝0，i＝1,...,m，其中，C_j[i]表示机器i上工件j的完工时间，A_i表示机器i的空闲时间；

步骤34、计算其中p_j表示第j个工件的加工时间，v_i表示第i个机器的加工速度；

步骤35、选择C_j[i]最小的机器，称之为机器min,令A_min＝C_j[min]，j＝j+C_min；

步骤36、若j＜n,则将工件j‑C_min到工件j‑1分配到机器min上，执行步骤34；否则，将工件集合中未分配的所有工件分配到机器min上，执行步骤37；

步骤37、返回C_max＝max_i∈m{A_i}，算法结束。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中所述对种群执行局部搜索策略，包括：

步骤41、将各机器上的批次按批加工时间非增序进行排列，各批次内的工件按加工时间非增序进行排列；

步骤42、将机器按完工时间非增序进行排列，令i＝1,h＝m；所述机器完工时间为机器上最后一个批次的完工时间；

步骤43、选择第i台机器，称之为机器i；选择第h台机器，称之为机器h；

步骤44、若h＞1,执行步骤45；否则，执行步骤48；

步骤45、选择机器i上任意批次b，选择机器h上任意批次f；

步骤46、若批次f中存在工件j,满足p_j＜P^b并且P^b≤P^f，则交换工件j和批次b中的第一个工件，执行步骤47；否则，h＝h‑1，执行步骤44；其中P^b表示批次b的加工时间；

步骤47、将批次b和批次f内的工件按加工时间非增序进行排列，执行步骤45；

步骤48、结束搜索。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法通过下述步骤计算个体适应度，包括：

步骤1’、对X_k＝(x₁,x₂,...,x_h,...,x_n)，将第h个工件分配到第x_h个机器，从而获得每个机器上的工件集合；

步骤2’、将每个机器上的工件集合中第y个未分配的工件暂时放入能容纳该工件的所有批中，并选出其中放入该工件后批剩余容量最小的批，把该工件分配到选定的批中；若当前所有批的剩余空间都不能容纳第y个未分配工件，则将该工件放入一个批容量为c_i的新批中，令y＝y+1；

步骤3’、重复