1.一种集成制造系统中生产与运输一体化的智能调度方法,其特征在于,包括以下步骤,
S1、分析在印刷电路板双面贴装过程中可重构分布式流水车间成组生产和运输集成调度问题的特性,确定以最小化最大完工时间为求解目标,并初始化参数,包括种群大小P,外循环变邻域下降最大搜索次数O,内循环变邻域下降最大搜索次数I,最大协同次数C,种群的解最大更新失败次数L;
S2、初始化种群和当前最优解,按照加工时间降序排列规则生成种群的P个解和一个当前最优解,其中,种群由 表示,每个解 由两部分组成, 表示
种群的第 个解,每一个解中包含的工件族均需要依次加工印刷电路板的B面流程和A面流程, 为序列部分, 和 为一维向量, 为二维向量,n表示工件族
的数量, 表示加工B面流程的工件族序列, 为加工A面流程的工件族序列,为工件族内的工件序列, 为一维向量,表示工件族 内的工件序
列; 为分配部分, 和 均为二维向量, 表示工件族在执行B面流程和A
面流程所选择的加工单元分配方案, 表示工件族的B面流程和A面流程的运输阶段的自动导引车分配方案;
S3、通过外循环变邻域下降搜索更新当前最优解,其中,外循环变邻域下降搜索内嵌有内循环变邻域下降搜索和基于顺序交叉和记忆机制的协同搜索,其中,基于顺序交叉和记忆机制的协同搜索包括基于顺序交叉的协同操作和基于记忆机制的协同操作,通过基于顺序交叉的协同操作产生协同新解中B面流程和A面流程的工件族序列,通过基于记忆机制的协同操作产生协同新解中工件族内的工件序列,具体过程如下,采用二进制锦标赛方法从种群中选择两个解并选择两个解中目标值较小的解作为种群较优解;
执行基于顺序交叉的协同操作,定义已调度集合 和未调度集合 用于存储工件族序列,将已调度集合 和未调度集合 置为空,从B面流程和A面流程中随机选择一个流程,若选中B面流程,则对种群的解的B面流程的工件族序列随机选择两点进行切入,若选中A面流程,则对种群的解的A面流程的工件族序列随机选择两点进行切入,将工件族序列分割成首片段、中间片段和尾片段,将中间片段中的工件族依次填入已调度集合 中,将种群较优解中完整的工件族序列中不存在于已调度集合 的工件族依次填入未调度集合 中,将未调度集合 中的工件族依次替换种群的解工件族序列的首片段和尾片段,被替换的首片段和尾片段与种群的解的工件族序列的中间片段结合构成协同新解的工件族序列;
执行基于记忆机制的协同操作,针对每个工件族定义已调度集合 和未调度集合 ,用于存储工件族内的工件,将已调度集合 置为空,将工件族内的工件序列赋值给未调度集合 ,对工件族内的第u个工件进行选择时,采用二进制锦标赛方法重新选择种群较优解,当种群较优解中工件族的第u个工件不存在于已调度集合 中,则将种群较优解中工件族的第u个工件作为协同新解中工件族的第u个工件,将工件从未调度集合 中删除并存入已调度集合 中,当种群较优解中工件族的第u个工件存在于已调度集合 中,则在未调度集合 中随机选择一个工件族中的工件作为协同新解中工件族中的第u个工件,将工件从未调度集合 中删除并存入已调度集合 中,当未调度集合 为空时,工件族内的工件序列补充完整并构成协同新解的工件族内的工件序列;
S4、若外循环变邻域下降搜索、内循环变邻域下降搜索对种群的解更新的连续失败次数达到种群的解最大更新失败次数L,执行种群重启;
S5、判断是否已经达到终止条件,达到则算法结束,输出当前最优解,否则返回S3继续搜索。
2.根据权利要求1所述的集成制造系统中生产与运输一体化的智能调度方法,其特征在于,种群的解和当前最优解的序列部分按照加工时间降序排列规则生成,加工时间降序排列规则如下,对每个工件族内的工件的加工时间进行比较,按照加工时间将工件进行降序排列以此生成工件族内的工件序列,将工件族内的工件的加工时间进行求和记作工件族的加工时间,按照工件族的加工时间将工件族进行降序排列以此生成工件族序列。
3.根据权利要求2所述的集成制造系统中生产与运输一体化的智能调度方法,其特征在于,外循环变邻域下降搜索采用外循环邻域结构对种群进行遍历优化,外循环邻域结构的操作过程包括,工件族交换,从B面流程和A面流程中随机选择一个流程的工件族序列,从选中的工件族序列中随机选取两个不同的工件族,交换所选取的两个工件族在工件族序列中的位置;
工件族插入,从B面流程和A面流程中随机选择一个流程的工件族序列,从选中的工件族序列中随机选取一个工件族以及工件族序列中的一个位置,将选中的工件族插入到所选中的工件族序列的位置中;
工件交换,随机选择一个工件族,从工件族内的工件序列中随机选择两个不同的工件,交换所选择的两个工件在工件序列中的位置;
工件插入,随机选择一个工件族,从工件族内的工件序列中随机选择一个工件以及工件序列中的一个位置,将选中的工件插入到所选中的工件序列的位置中;
其中,外循环邻域结构操作的执行顺序为工件族插入、工件族交换、工件插入、工件交换。
4.根据权利要求3所述的集成制造系统中生产与运输一体化的智能调度方法,其特征在于,内循环变邻域下降搜索采用基于关键路径的内循环邻域结构对种群进行遍历优化,关键路径是指决定生产调度问题中最大完工时间的工件族的序列,关键路径中包含的工件族为关键工件族,内循环邻域结构的操作过程包括,关键工件族交换,从B面流程和A面流程中随机选择一个流程的工件族序列,从选中的工件族序列中随机选取两个不同的处于关键路径上的关键工件族,交换这两个关键工件族在工件族序列中的位置;
关键与非关键工件族交换,从B面流程和A面流程中随机选择一个流程的工件族序列,从选中的工件族序列中随机选取一个处于关键路径上的关键工件族和一个非关键路径上的普通工件族,交换所选取的关键工件族和普通工件族在工件族序列中的位置;
关键工件族的工件交换,随机选择一个处于关键路径上的关键工件族,从选中的关键工件族中随机选择两个不同的工件,交换所选取的两个工件在关键工件族内的工件序列中的位置;
关键工件族的工件插入,随机选择一个处于关键路径上的关键工件族,从选中的关键工件族中随机选择一个工件以及工件序列中的一个位置,将选中的工件插入到所选中的工件序列的位置中;
加工单元变异,随机选择一个处于关键路径上的关键工件族,随机选择关键工件族的B面流程或A面流程,若关键工件族的B面流程被选中,则将关键工件族的B面流程所分配的加工单元替换成随机的一个加工单元,若关键工件族的A面流程被选中,则将关键工件族的A面流程所分配的加工单元替换成随机的一个加工单元;
加工单元交换,随机将处于关键路径上的关键工件族 和关键工件族 的B面流程和A面流程所分配的加工单元划分为两个集合,分别为加工单元集合 和加工单元集合 ,将加工单元集合 作为关键工件族 的B面流程和A面流程所分配的加工单元集合,将加工单元集合 作为关键工件族 的B面流程和A面流程所分配的加工单元集合;
自动导引车变异,随机选择一个处于关键路径上的关键工件族,随机选择关键工件族的B面流程或A面流程的运输阶段,若关键工件族的B面流程的运输阶段被选中,则将关键工件族的B面流程的运输阶段所分配的自动导引车替换成随机的一个自动导引车,若关键工件族的A面流程的运输阶段被选中,则将关键工件族的A面流程的运输阶段所分配的自动导引车替换成随机的一个自动导引车;
自动导引车交换,随机将处于关键路径上的关键工件族 和关键工件族 的B面流程和A面流程的运输阶段所分配的自动导引车划分为两个集合,分别为自动导引车集合和自动导引车集合 ,将自动导引车集合 作为关键工件族 的B面流程和A面流程的运输阶段所分配的自动导引车集合,将自动导引车集合 作为关键工件族 的B面流程和A面流程的运输阶段所分配的自动导引车集合;
其中,内循环邻域结构操作的执行顺序为关键工件族的工件交换、关键工件族的工件插入、关键与非关键工件族交换、关键工件族交换、加工单元变异、加工单元交换、自动导引车交换、自动导引车变异。
5.根据权利要求4所述的集成制造系统中生产与运输一体化的智能调度方法,其特征在于,内嵌有内循环变邻域下降搜索和基于顺序交叉和记忆机制的协同搜索的外循环变邻域下降搜索的具体过程为,遍历种群,从第一个种群的解开始,执行外循环变邻域下降搜索,借助第一个外循环邻域结构对种群的解进行扰动,产生外循环新解,对外循环新解采用半自动解码方案进行解码,比较外循环新解与种群的解的目标值,如果外循环新解的目标值小于种群的解的目标值,则将种群的解用外循环新解进行替换,更新种群的解,如果外循环新解的目标值大于种群的解,则种群的解保持不变,如果外循环新解的目标值小于当前最优解的目标值,则将当前最优解用外循环新解进行替换,当借助外循环邻域结构对种群的解进行重复搜索的次数达到外循环变邻域下降最大搜索次数O时,结束外循环邻域结构的搜索,种群的解进入内循环变邻域下降搜索,从第一个内循环邻域结构开始对种群的解进行扰动,产生内循环新解,对内循环新解采用主动解码方案进行解码,比较内循环新解与种群的解的目标值,如果内循环新解的目标值小于种群的解的目标值,则将种群的解用内循环新解进行替换,更新种群的解,如果内循环新解的目标值大于种群的解,则种群的解保持不变,如果内循环新解的目标值小于当前最优解的目标值,则将当前最优解用内循环新解进行替换,若种群的解更新成功,内循环邻域结构对种群的解执行重复搜索的次数重置为0,若借助内循环邻域结构对种群的解进行重复搜索的次数达到内循环变邻域下降最大搜索次数I且种群的解得到更新,则对种群的解从第一个内循环邻域结构重新开始搜索,若借助内循环邻域结构对种群的解进行重复搜索的次数达到内循环变邻域下降最大搜索次数I且种群的解未得到更新,则对种群的解进行下一个内循环邻域结构的搜索,当八个内循环邻域结构搜索完成后,结束内循环变邻域下降搜索,种群的解执行基于顺序交叉和记忆机制的协同搜索,针对基于顺序交叉的协同操作生成的协同新解的序列部分,采用半自动解码方案进行解码,若协同新解的目标值小于种群的解的目标值,协同新解替换种群的解,若协同新解的目标值小于当前最优解的目标值,协同新解替换当前最优解,针对基于记忆机制的协同操作生成的协同新解的序列部分,采用半自动解码方案进行解码,若协同新解的目标值小于种群的解的目标值,协同新解替换种群的解,若协同新解的目标值小于当前最优解的目标值,则对当前最优解进行替换,若种群的解替换成功,则基于顺序交叉和记忆机制的协同搜索的执行次数重置为0,当基于顺序交叉和记忆机制的协同搜索的执行次数到达最大协同次数C后,结束基于顺序交叉和记忆机制的协同搜索,种群的解返回外循环变邻域下降搜索,若当前最优解在内循环变邻域下降搜索中得到替换,则种群的解重新执行第一个外循环邻域结构进行扰动直至四个外循环邻域结构搜索完成,若当前最优解在内循环变邻域下降搜索中未得到替换,则种群的解通过第二个外循环邻域结构进行扰动直至四个外循环邻域结构搜索完成,下一个种群的解开始执行外循环变邻域下降搜索,直至遍历所有种群的解。
6.根据权利要求5所述的集成制造系统中生产与运输一体化的智能调度方法,其特征在于,在半自动解码方案中,每一个解在B面流程和A面流程中加工单元的分配以及在B面流程和A面流程的运输阶段中自动导引车的分配采用的分配规则如下,针对B面流程和A面流程的加工单元的分配,采用最早可用时间规则作为分配准则,即从当前所有可用加工单元中,优先分配能够最早开始加工的加工单元来处理工件族;针对自动导引车的分配,自动导引车以工件族为单位执行运输任务,采用最早到达时间规则进行分配,即从所有可用自动导引车中选出与当前工件族所在位置之间运输时间和空闲时间之和最小的自动导引车,在半自动解码的过程中,工件族对加工单元的分配和工件族对自动导引车的分配构成解的分配部分;
在主动解码方案中,每一个解在B面流程和A面流程进行加工单元的分配以及在B面流程和A面流程的运输阶段中进行自动导引车的分配时采用的分配规则如下,针对B面流程和A面流程的加工单元的分配,以解中工件族对加工单元分配方案作为分配准则;针对自动导引车的分配,自动导引车以工件族为单位执行运输任务,以解中工件族对自动导引车分配方案作为分配准则。
7.根据权利要求6所述的集成制造系统中生产与运输一体化的智能调度方法,其特征在于,种群的解的分配部分采用动态编码策略,动态编码策略的实现过程如下,种群中的每一个解进入外循环变邻域下降搜索中通过半自动解码方案进行解码时,解的分配部分按照最早可用时间原则自动生成并保存,进而实现动态编码。
8.根据权利要求3所述的集成制造系统中生产与运输一体化的智能调度方法,其特征在于,当外循环新解、内循环新解对种群的解更新的连续失败次数达到种群的解最大更新失败次数L时,进行种群重启,随机生成一个小于种群大小P的正整数,将正整数记为R,按照加工时间降序排序规则初始化生成R个新解,并将R个新解随机替换种群的R个解。