生产调度问题及其优化算法.doc

编号:
第六届计算机仿真大赛
参赛作品
题号:加工调度问题
组别: 高年级组
作者: 厚玉伟
学院: 光电工程
联系电话:**********
计算机仿真大赛组委会
2012年 05月 01日
生产调度问题及其优化算法
背景及摘要
这是一个典型的Job-Shop动态排序问题。目前调度问题的理论研究成果主要集中在以Job-Shop问题为代表的基于最小化完工时间的调度问题上。一个复杂的制造系统不仅可能涉及到成千上万道车间调度工序,而且工序的变更又可能导致相当大的调度规模。解空间容量巨大,N个工件、M台机器的问题包含种排列。由于问题的连环嵌套性,使得用图解方法也变得不切实际。传统的运筹学方法,即便在单目标优化的静态调度问题中也难以有效应用。
本文给出三个模型。首先通过贪婪法手工求得本问题最优解,既而通过编解码程序随机模拟优化方案得出最优解。最后采用现代进化算法中有代表性发展优势的遗传算法。文章有针对性地选取遗传算法关键环节的适宜方法,采用MATLAB软件实现算法模拟,得出优化方案,并与计算机随机模拟结果加以比较显示出遗传算法之优化效果。对车间调度系列问题的有效解决具有一定参考和借鉴价值。

,每台机器只能加工一个工件,且每个工件只能被一台机器所加工,同时加工过程为不间断;
,且工件从机器I 到机器J 的转移过程时间损耗不计;
;
,即前一操作未完成,则后面的操作需要等待,可用资源有限。

- 第i个工件(i=1…6)
- 机器顺序阵表示i工件的第 j个操作的机器号
- 第j台机器(j=1…4)
- 工件排列阵表示i机器上第j次加工的工件号
- 加工时间阵为i工件的第 j个操作的时间周期
- 整个任务完成时间
整理数据后得到:
=[ C A B C D 0 0 0 ] = [ 8 2 4 24 6 0 0 0 ]
[ A D B C 0 0 0 0 ] [ 4 5 3 4 0 0 0 0 ]
[ C D A B A 0 0 0 ] [ 3 7 15 20 8 0 0 0 ]
[ B C D A D C 0 0 ] [ 7 6 21 1 16 3 0 0 ]
[ D B C D A C D 0 ] [ 10 4 8 4 12 6 1 0 ]
[ A B A C D A C A ] [ 1 4 7 3 5 2 5 8 ]
上述二阵直接从题目得出,而则是我们要求的。
关于工件的加工时间表:(表二)
产品/工件(i):
1
2
3
4
5
6
总计
总净加工时间(周期)
44
16
53
54
45
35
247
加工工序总数(个)
5
4
5
6
7
8
35
关于机器的加工时间表:(表三)
机器/设备(j):
A
B
C
D
总计
总净加工时间
60
42
70
75
247
加工操作次数
10
6
10
9
35
分析:
由于各产品总净加工时间和各机器总净加工时间之中最大值为 75,而总计为247,那么总时间 C 介于[75,247]。同时各工件加工繁杂程度不一,各机器的任务量也有轻重之别。合理的调度排序是对于节省时间和资源是必要的。
希望最优化答案是75,这样达到最小值,如果答案是75,那么意味着机器D不间断工作,直至全部加工任务完成。

如果按照一定规则排序,当多个工件出现“抢占”同一机器的局面的时候,我们可以制定如下的工序安排规则:
1. 优先选择总剩余时间或总剩余操作较多的工件。(如果出现总剩余加工时间多者总剩余操作数反而较少的情况时,按照程度具体情况具体分析)。
2. 机器方面来说,尽量避免等待空闲时间,优先考虑剩余净加工时间或者剩余加工总次数较多的机器,尤其是机器 D ,即倘若能够使机器D不间断工作且其他机器完工时间均不多余75时,那么就可以得到最优解。
首先按照最优化时间为75的设想避免D出现等待,排序后得到升以下具体排列顺序。
各机器承担任务表为(其中粗体字为对应工件产品号,括号内为对应时间周期段):
操作1
操作2
操作3
操作4
操作5
操作6
操作7
操作8
操作9
操作10
A
6
(1)
2
(2-5)
1
(12-13)
6
(14-20)
3
(21-35)
4
(36)
5
(43-54)
6
(55-56)
3
(57-64)
6
(66-73)
B
4
(1-7)
6