1.一种分布式可重入异构混合流水车间批次调度的求解方法,其特征在于,包括以下步骤,
S1、分析在PCB生产制造中分布式可重入异构混合流水车间批次调度问题的问题特性,确立以最小化完工时间为求解目标,并对参数的初始化,包括种群大小PS,当前邻域的最大失败次数C,当前协同失败最大次数Q,邻域搜索与协同搜索联合失败的最大次数A;
S2、初始化种群,使用构造式启发式算法生成PS个个体;
S3、可变邻域下降搜索阶段,使用五种邻域结构借助可变邻域下降搜索策略进行搜索,接受目标值比原个体更小的个体作为新个体;
S4、协同搜索阶段,利用协同搜索策略把种群中个体之间的有利信息进行相互交换,接受目标值比原个体更小的个体作为新个体;
S5、种群重构阶段,首先对种群中每一个个体进行扰动,将每一个个体利用序列转置,多点交换以及前两者结合的三种方式生成三个个体,选择三个个体中目标值较小的一个个体代替原本种群中的个体,执行完毕后,再利用PS/2个随机生成的个体替换掉种群中PS/4个目标值最差的个体以及PS/4个从种群中随机选择的个体;
S6、更新最优的个体,判断是否已经达到限定的最大时间,达到则结束循环,输出目标值最小的个体,否则返回S3,执行下一次搜索过程;
其中,每个个体
构造式启发式算法的实现过程包括以下步骤,
(1)定义以下参数,
(2)使用等量划分和随机划分完成对批次的分割;
(3)计算批次在每个工厂内的加工时间之和,计算公式如下,
对集合
(4)利用概率公式求解批次分配到各个工厂中的最小目标值位置的概率,其中,工厂中的最小目标值位置由贪婪的启发式方法获得,包括以下过程,将每个批次依次放入各个工厂中的各个位置并求得目标值;
将每个批次在每个工厂中所有位置的目标值进行比较;
保留每个工厂内所能获得的最小的目标值
概率公式为,
(5)利用轮盘赌策略以及
创建轮盘,将一个圆形轮盘分为
进行轮盘赌选择,生成一个0-1的随机小数,然后将该随机小数映射到轮盘相应的扇区上;
确定分配结果,根据选择的扇区,确定分配到的工厂;
(6)将所有批次剩余L-1的可重入次数利用贪婪的启发式方法以及随机选择方式中的一种方式,确定所在工厂中的位置;其中,贪婪的启发式方法操作方式为,将批次放入对应工厂,依次插入工厂中的各个位置,最终放入目标值最小的位置;随机选择方式操作方式为,将批次放入对应工厂的随机位置即可;
协同搜索策略执行过程包括,从种群中选择一个个体,提取出该个体中存在的所有序列,批次被分配到一个序列,那么批次就会在这个序列中出现L次,依次对批次做标记,记录批次在序列中是第几次出现,就这样依次对所有序列做标记,序列如果多于两个批次,就随机选择两个不同的位置,保留两个位置之间的批次以及对应的下标,从种群中选择另外一个不同个体,将其赋给一个临时个体,只对临时个体进行做标记的操作,将第一个个体中每个序列中保留的批次以及标记与临时个体中进行对应,批次相同并且标记相同将会从临时个体中删除,第一个个体对应批次所在序列的位置,这个位置就是批次在批次序列中处于第几个,重新把对应批次放入临时个体,放入的位置要和批次在第一个个体中的位置相同,如果第一个个体中批次的位置已经大于临时个体所要放入序列的批次个数,就随机选择一个位置放入该序列,执行完上述操作,可以得到一个协同后个体,把协同后的临时个体的目标值,与取出的两个个体的目标值进行比较,如果协同后的个体的目标值小于从种群中选出的两个个体中目标值较大的一个,就用协同后的临时个体替换掉两个个体中目标值较大的个体,这样就进行了一次有效的协同操作,如果协同后的个体不能替换两个个体中的任何一个,就是协同失败,协同连续失败次数超过设定的值Q就会终止协同操作。
2.根据权利要求1所述的分布式可重入异构混合流水车间批次调度的求解方法,其特征还在于,可变邻域下降搜索阶段采用了具有5种邻域结构的可变邻域下降搜索策略对种群中的个体进行优化,为每个个体生成多个通过邻域结构改进的个体,接受目标值比原个体更小的改进个体作为新个体,其中五种邻域结构,有四种是关于关键工厂的搜索,一种是对子批次执行子批次变异操作,所述的关键工厂是指所有工厂中具有最大目标值的工厂,其对整个生产过程的优化起着关键的作用,5种邻域操作的具体过程如下,插入到关键工厂;从关键工厂中选择一个批次,然后将其随机插入到同一工厂内的另一个位置;
关键工厂内批次交换;从关键工厂中随机选择两个批次并进行对调,所选批次必须不同,以避免生成无效的操作;
在关键工厂和另一工厂之间插入;随机选择关键工厂中的一个批次,然后将其插入到另一个随机选择的工厂中;
在关键工厂和另一工厂之间批次交换;在关键工厂和另一个随机选择的工厂之间随机交换批次;
子批次变异:子批次变异的具体操作涉及选择关键工厂中具有两个或更多子批次的批次,随机选择两个子批次,然后生成1-5的随机整数,将该随机整数从一个子批次中减去并加到另一个子批次上。
3.根据权利要求1所述的分布式可重入异构混合流水车间批次调度的求解方法,其特征还在于,可变邻域下降搜索策略的实现过程如下,在对种群中的每个个体进行邻域搜索时,首先将第一种邻域结构设定为当前邻域结构,并将当前邻域结构的连续更新失败数置为零,接着,通过使用当前邻域结构进行搜索,如果新个体的目标值比原个体更小,那么将原个体更新为新个体,并将当前邻域结构的连续更新失败数重置为零,然后继续使用当前邻域结构进行搜索;如果在使用当前邻域结构进行搜索时没有获得比原个体目标值更小的新个体,那么将当前邻域结构的连续更新失败数加一,并继续使用当前邻域结构进行搜索,当前邻域结构的连续更新失败数达到设定的最大失败数C时,将下一种邻域结构作为当前邻域结构,并将当前邻域结构的连续更新失败数重新设为零,然后重复上述过程,直到所有邻域结构都无法对当前个体进行更新时,切换到下一个个体,直至种群中所有个体都完成了所有邻域的搜索过程。
4.根据权利要求1所述的分布式可重入异构混合流水车间批次调度的求解方法,其特征还在于,当邻域搜索与协同搜索联合失败的最大次数超过A,执行种群重构,实现过程如下:种群中的每一个个体采用序列转置,即对序列中某一区间的批次序列进行反转,以及多点插入,即将多个批次插入序列的其他位置,以及两者结合的方式,生成三个扰动个体,选择扰动个体中目标值最小的个体替换原本进行扰动之前的个体,抽取PS/4种群种的目标值最差的个体,以及PS/4种群中的随机选择的个体,两次选取的个体不能重复,用PS/2随机生成的个体替换种群中抽取的个体最终得到一个全新的种群,应用于下一次的搜索过程,并在最后将邻域搜索与协同搜索联合失败的最大次数A重置为零。