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专利号: 2023109974855
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于子批次划分的柔性作业车间调度方法,其特征在于,包括:

进行初始化得到包括多个个体的起始种群;个体为染色体,每条染色体的编码包括同类型工件划分的子批次数量、子批次的工序顺序、工序的加工机器和精加工工序的员工,每条染色体表示柔性作业车间的一种调度方案;每种调度方案的适应度,按照对应的调度完工时间和加工机器的最大负载时间确定;

迭代循环步骤:

根据适应度对起始种群进行个体排序,按照排序从中挑选引导狼个体,并挑选个体建立外部档案;

通过灰狼优化算法,利用引导狼个体对种群中的附属狼个体引导优化;采用第一引导机制进行引导优化,若优化后的引导狼个体和附属狼个体支配原始的引导狼个体和附属狼个体,则结束引导,否则利用第二引导机制或者第三引导机制进行引导优化;若引导狼个体的工序编码和附属狼个体的工序编码中的最大元素值相等,则采用第二引导机制进行引导优化,否则采用第三引导机制进行引导优化;第一引导机制的过程包括:在附属狼个体的子批次编码中随机选择两个编码位数字,将两个编码位数字之间的编码部分,与引导狼个体的子批次编码中对应的编码部分进行替换,新的子批次编码对应的子批次的工序编码、工序的加工机器编码和工序的员工编码重新进行初始化,得到优化的附属狼个体;第二引导机制的过程包括:将引导狼个体的工序编码和附属狼个体的工序编码进行交换,交换后根据个体的子批次编码补足或删除工序编码,得到优化的附属狼个体;第三引导机制的过程包括:将引导狼个体的工序编码和附属狼个体的工序编码进行交换,在交换过程中,根据附属狼个体的子批次编码,删去引导狼个体的工序编码中多余的编码,将剩余的工序编码从左至右排序,之后根据附属狼个体的子批次编码在最右进行补足,得到优化的附属狼个体;

通过以上引导机制获得的优化的附属狼个体,若可以支配未优化的附属狼个体,则保留优化的附属狼个体,否则保留未优化的附属狼个体;若第一个体的调度完工时间和加工机器的最大负载时间同时小于第二个体,则第一个体支配第二个体;

对起始种群中个体的编码进行基于子批次划分的随机调整,扩大搜索范围;

对起始种群中个体的编码进行局部结构的优化调整;

判断步骤:

判断算法是否达到迭代循环终止条件,在满足时,输出由种群中挑选的个体建立的外部档案,从外部档案中选择个体作为柔性作业车间的调度方案。

2.根据权利要求1所述的基于子批次划分的柔性作业车间调度方法,其特征在于,所述进行初始化得到包括多个个体的起始种群,包括:随机产生个体的子批次编码,先产生得到起始种群中固定比例个体的子批次编码,后产生剩余个体的子批次编码,剩余个体的子批次编码与先产生的个体的子批次编码不存在重复;子批次编码中的数字,表示每个类型的工件划分的子批次数量;

子批次的工序编码,按照如下至少一种方式产生:(1)随机产生;(2)优先选择剩余工序更多的子批次,若多个子批次剩余工序相同,则从中随机选择;工序编码的数量与子批次编码对应;工序编码中的数字,表示子批次的加工顺序;

工序的加工机器编码,按照如下至少一种方式产生:(1)全局选择;(2)局部选择;(3)随机选择;工序的加工机器编码按照工件的工序顺序依次编写,工序的加工机器编码中的数字,表示对应工序的加工机器;

工序的员工编码,按照如下至少一种方式产生:(1)优先选择分配工序更少的员工,若多个员工已分配工序相同,则从中随机选择;(2)优先选择负载时间更短的员工,若多个员工负载时间相同,则从中随机选择;(3)随机选择;员工编码按照工件的工序顺序依次编写,员工编码中的数字,表示对应精加工工序的员工。

3.根据权利要求2所述的基于子批次划分的柔性作业车间调度方法,其特征在于,所述根据适应度对起始种群进行个体排序,包括:判断个体之间的支配关系,计算每个个体支配其他个体的支配数量,按照个体的支配数量进行排序。

4.根据权利要求3所述的基于子批次划分的柔性作业车间调度方法,其特征在于,所述按照排序从中挑选引导狼个体,并挑选个体建立外部档案,包括:挑选支配数量排序中名次靠前的预设比例的个体作为决策狼个体群,从决策狼个体群中随机挑选个体作为引导狼个体;外部档案中的个体满足的条件为,支配起始种群中的任一个体。

5.根据权利要求4所述的基于子批次划分的柔性作业车间调度方法,其特征在于,所述对起始种群中个体的编码进行基于子批次划分的随机调整,扩大搜索范围,包括:通过如下算子扩大算法的搜索范围:

第一算子:对于个体的子批次编码,随机选择一个类型的工件重新划分子批次数量,形成新子批次编码,对应的子批次的工序编码、工序的加工机器编码和工序的员工编码重新进行初始化;

第二算子:随机选择一个个体的两个子批次,将选择的两个子批次的精加工工序交换位置;

第三算子:对于个体中,子批次数量最多的一个类型的工件,随机选择其中的一个子批次,对于选择的子批次,随机选择对应的一道工序,若选择的工序为非精加工工序,则随机选择其他一个加工机器更换当前加工机器,若选择的工序为精加工工序,则选择可选员工更多的一个加工机器更换当前加工机器;

第四算子:在个体中,精加工工序最多的工件类型中随机选择一个子批次,对于选择的子批次,随机选择一道精加工工序,将分配精加工工序更少的员工更换当前员工。

6.根据权利要求5所述的基于子批次划分的柔性作业车间调度方法,其特征在于,所述对起始种群中个体的编码进行局部结构的优化调整,包括:将决策狼个体中加工完工时间最长的工件类型作为关键任务,对决策狼个体进行如下邻域结构的优化调整,优化调整后的决策狼个体,若可以支配未优化的决策狼个体,则保留优化的决策狼个体,否则保留未优化的决策狼个体:第一邻域结构:随机选择关键任务的一个子批次,随机改变子批次的加工机器和员工;

第二邻域结构:将关键任务的工序,与前一道非关键任务的工序进行交换;

第三领域结构:计算每台加工机器的负载时间,在负载时间最长的加工机器上随机选择一道工序,用其他可选加工机器进行替换;

第四领域结构:计算每位员工的加工时间,对加工时间最长的员工上随机选择一个用于精加工工序的加工机器,将加工机器的员工替换为其他可选员工。

7.根据权利要求6所述的基于子批次划分的柔性作业车间调度方法,其特征在于,起始种群的参数中,种群规模设置为200,决策狼与种群之间的预设比例为0.05。

8.根据权利要求7所述的基于子批次划分的柔性作业车间调度方法,其特征在于,循环迭代的参数中,循环迭代最大次数为80,局部结构的优化调整的迭代最大次数为10。

9.一种基于子批次划分的柔性作业车间调度装置,其特征在于,包括:初始化单元、循环迭代单元和执行单元,其中:所述初始化单元,用于进行初始化得到包括多个个体的起始种群;个体为染色体,每条染色体的编码包括同类型工件划分的子批次数量、子批次的工序顺序、工序的加工机器和精加工工序的员工,每条染色体表示柔性作业车间的一种调度方案;每种调度方案的适应度,按照对应的调度完工时间和加工机器的最大负载时间确定;

所述循环迭代单元,用于执行迭代循环步骤,包括:根据适应度对起始种群进行个体排序,按照排序从中挑选引导狼个体,并挑选个体建立外部档案;通过灰狼优化算法,利用引导狼个体对种群中的附属狼个体引导优化;采用第一引导机制进行引导优化,若优化后的引导狼个体和附属狼个体支配原始的引导狼个体和附属狼个体,则结束引导,否则利用第二引导机制或者第三引导机制进行引导优化;若引导狼个体的工序编码和附属狼个体的工序编码中的最大元素值相等,则采用第二引导机制进行引导优化,否则采用第三引导机制进行引导优化;第一引导机制的过程包括:在附属狼个体的子批次编码中随机选择两个编码位数字,将两个编码位数字之间的编码部分,与引导狼个体的子批次编码中对应的编码部分进行替换,新的子批次编码对应的子批次的工序编码、工序的加工机器编码和工序的员工编码重新进行初始化,得到优化的附属狼个体;第二引导机制的过程包括:将引导狼个体的工序编码和附属狼个体的工序编码进行交换,交换后根据个体的子批次编码补足或删除工序编码,得到优化的附属狼个体;第三引导机制的过程包括:将引导狼个体的工序编码和附属狼个体的工序编码进行交换,在交换过程中,根据附属狼个体的子批次编码,删去引导狼个体的工序编码中多余的编码,将剩余的工序编码从左至右排序,之后根据附属狼个体的子批次编码在最右进行补足,得到优化的附属狼个体;通过以上引导机制获得的优化的附属狼个体,若可以支配未优化的附属狼个体,则保留优化的附属狼个体,否则保留未优化的附属狼个体;若第一个体的调度完工时间和加工机器的最大负载时间同时小于第二个体,则第一个体支配第二个体;对起始种群中个体的编码进行基于子批次划分的随机调整,扩大搜索范围;对起始种群中个体的编码进行局部结构的优化调整;

所述执行单元,用于执行判断步骤,包括:判断算法是否达到迭代循环终止条件,在满足时,输出由种群中挑选的个体建立的外部档案,从外部档案中选择个体作为柔性作业车间的调度方案。