專利名稱：基于參數空間搜索的混合流水生產線的啟發式調度方法
技術領域：
本發明涉及一種流水生產線的調度方法，特別是一種基于參數空間搜索的混合流水生產線的啟發式調度方法，屬于自動控制與信息技術領域。
背景技術：
混合流水生產線(Hybrid Flow Shop簡稱HFS)是具有多個并行設備的流水生產線，又稱柔性流水生產線(Flexible Flow shop，FFS)和并行流水生產線(Multiprocessor Flow Shop，MFS)。針對混合流水生產線(HFS)調度問題，國內外已提出多種方法，但大多數文獻主要是研究兩級HFS調度問題，對于三級及其以上的HFS調度問題，文獻并不很多。目前最常用的是采用的啟發式算法、分支定界法和局部搜索方法。對于大規模的工件的HFS調度問題，采用分支定界等最優方法不太現實。因此，一般都采用啟發式方法來獲得可行的調度。比較好的啟發式方法有Johnson規則、CDS啟發式方法、Palmer啟發式方法(PA)、改進Palmer啟發式方法(IPA)、RA啟發式方法(RA)和NEH方法等。
經文獻檢索發現，NEH方法是1983年由Nawaz，Enscore和Ham提出的啟發式方法，它是假定在所有機器上總加工時間大的工件比總加工時間小的工件應該得到大的優先級，并通過每一步加入一個新的工件，從而求得最好的局部解，最后構造出工件的最好加工順序。Brah等人在《European Journal of OperationalResearch》(歐洲運籌學雜志)，113，113-122.1999上撰文“Heuristics for Schedulingin a Flowshop with Multiple Processors(多級流水生產線的啟發式調度)”，該文對HFS調度研究表明，上述各種方法中NEH方法效果最好。但上述的啟發式方法都是以斜度指標為工件排序的，當斜度指標改變時，工件的加工順序也發生改變，缺點是在大多數情況下，得到的解是在最優解的附近，而不是最好結果。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種基于參數空間搜索的混合流水生產線調度的啟發式方法，使其解決背景技術中存在的不足，從而可以得到比現有各種調度方法更好的排序。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明的方法為改進的快速搜索方法，簡稱為MRA(Modified Rapid Access)優化調度方法，本發明包括工件的排序和設備的分配，在工件的排序中，根據參數空間搜索方法，利用虛擬兩級調度集，對每級具有多個并行設備的m級混合流水生產線的n個工件進行最優排序，得到n個工件的最優排序，然后根據最優排序表進行設備的分配。
以下對本發明作進一步的說明，具體內容如下●工件的排序本發明采用參數空間搜索方法，對每級具有多個并行設備的m級混合流水生產線的n個工件進行最優排序，即通過虛擬兩級調度集，將m級調度問題，依次轉化為一個虛擬的兩級調度問題集，并通過計算得到工件在m-1個兩個虛擬級1和2的加工時間，然后基于參數空間搜索理論，采用參數空間搜索方法，通過改變因子h的值來修正權值，再用Johnson規則從m-1個調度中選擇最好的順序，從而得到n個工件的最優排序。具體可分為四個步驟(1)通過虛擬兩級調度集，將m級調度問題，依次轉化為一個虛擬的兩級調度問題集設混合流水生產線(HFS)有m個級，n個工件，把m級HFS問題依次分為兩組，共產生m-1個兩個虛擬級問題集；(2)通過計算得到工件在兩個虛擬級1和2的加工時間工件j在兩個虛擬級1和2的加工時間，可定義為p′j1=Σl=1kwl1pjl,p′j2=Σl=1kwl2pj,m-l+1----1)]]>式中k＝1，2，...，m-1；pjl為工件j在第l級的作業時間；W1和W2定義為兩個虛擬級的權重W1＝{wl1|l＝1，2，...，m}＝{m-h，m-1-h，...，2-h，1-h}W2＝{wl2|l＝1，2，...，m}＝{1-h，2-h，...，m-1-h，m-h} 2)(3)基于參數空間搜索理論，采用參數空間搜索方法，通過改變因子h的值來修正權值W1和W2
當權值發生變化時，能夠改變工件的加工順序，使得性能指標接近最優，為此，采用參數空間的搜索方法來改變因子h來修正權值，以獲得m-1個兩個虛擬級作業時間，式中h為變化因子，其取值范圍為{-m，m}。為下階段選出最優排序提供基礎。
(4)采用Johnson規則對虛擬兩級問題的n個工件進行最優排序Johnson規則是求解兩級flowshop問題n個工件排序的最優方法。因此，可用Johnson規則來對每一個虛擬兩級問題的n個工件進行最優排序，獲得m-1個調度，最后從中選擇最好的調度作為整個問題的最好解，從中選出最優排序。
最優排序用公式來描述為f(j)＝sign(pj2-pj1)/min(pj1，pj2) 3)其中， 最后，將工件按照f(j)的非增順序排列，則可得到工件的最優排序表。
●設備的分配根據最優排序表進行設備的分配。
對工件如何分配給每級設備，即設備的分配，優選采用FAM規則，即當一個工件在前一級作業完畢后，將其分配給最先空閑的設備，如果當前有多個設備空閑，則隨機選擇一個設備進行加工。
本發明具有實質性特點和顯著進步，本發明解決了背景技術中的存在的問題，所提出的啟發式MRA優化調度，可以得到比現有各種調度方法更好的排序，可使所有工件完成全部加工所需的時間減少10％-30％，它可用于各種制造業、柔性制造以及啤酒制造、玻璃生產、鋼鐵制造等領域的優化調度。
具體實施例方式
結合本發明方法的內容提供以下實施例及其實施效果比較為了驗證啟發式MRA優化調度在混合流水生產線(HFS)調度中的效果，并和前面所述的國內外現有的CDS、Palmer、PA、RA和NEH啟發式方法等進行比較。
以混合流水生產線(HFS)有3到5個級，每級有1-3臺相同的設備，工件的數量分別為10-30，工件的加工時間是隨機產生的整數，服從于5-20之間的均勻分布的為例。并假定HA是啟發式算法A所得的所有工件完成全部加工所需的時間makespan，LB為公式求得的下界值，LB=max{maxr=1,···m[Σl=1r-1mini=1,···npil+max(Σi=1npil/ml,maxi=1,···npil)+Σl=r+1mmini=1,···npil],maxi∈NΣl=1mpil}]]>則可采用(HA-LB)/LB·100％作為對調度的評價，而五種不同啟發式調度的評價列于表1中第9-13列的數值(為％百分數)。設備分配規則采用FAM分配規則。由表1可見，從平均性能來看，本發明提供的啟發式MRA優化調度的效果最好的，然后是CDS和RA，而Palmer效果最差。本發明提供的啟發式MRA優化調度，可使所有工件完成全部加工所需的時間減少10％-30％。
表1不同HFS配置下，采用各種啟發式調度結果比較(列9-13為％百分數)
編工件 M1M2M3M4M5LB CDsPalmer RA MPAMRA號數1 102 22 0 0 76 17.1 15.8 19.7 14.5 14.52 101 33 0 0 1320.81.50.80 03 102 32 0 0 80 8.822 8.87.58.84 102 12 0 0 1093.713.8 4.60.94.55 103 31 0 0 1210 0 0 0 06 103 33 3 0 62 19 29 22.6 26 22.67 102 32 3 0 78 7.712.8 12.8 6.412.88 102 13 1 0 1425 16 9 0 99 102 32 3 3 78 25.6 30 21.8 21.8 21.810103 23 2 2 10317.5 14 12.6 12 11.511202 22 0 0 1377 9 5 7 4.212201 33 0 0 2790.70 0.70 0.513202 32 0 0 1404.33.65 3.6414202 12 0 0 2501.64 2 0.8215203 31 0 0 2550 3 0 0 016203 33 3 0 1026.87.87.87.87.817202 32 3 0 1277.98.68.615.5 3.918202 13 1 0 2821.44 6 1.41.419202 32 3 3 1548.412 7 8.4520203 23 2 2 14010 12 15 10.7 921302 22 0 0 1786.75 6.15 5.622301 33 0 0 3820.51 0 0 023302 32 0 0 1684.86 3.51.82.324302 12 0 0 3361.54.81.52.41.225303 31 0 0 3760.52.40 0.5026303 33 3 0 1527.29.27.96.55.327302 32 3 0 2085.35.81.42.81.428302 13 1 0 3743.23.43.21.81.329302 32 3 3 1985 6.65.15.54.530303 23 2 2 2135 8.912 8.48.4平均值 6.43 9.06 7.02 5.89 5.7權利要求
1.一種基于參數空間搜索的混合流水生產線的啟發式調度方法，其特征在于，包括工件的排序和設備的分配，在工件的排序中，根據參數空間搜索方法，利用虛擬兩級調度集，對每級具有多個并行設備的m級混合流水生產線的n個工件進行最優排序，得到n個工件的最優排序，然后根據最優排序表進行設備的分配。
2.根據權利要求1所述的基于參數空間搜索的混合流水生產線的啟發式調度方法，其特征是，所述的工件的排序，具體如下采用參數空間搜索方法，對每級具有多個并行設備的m級混合流水生產線的n個工件進行最優排序，即通過虛擬兩級調度集，將m級調度問題，依次轉化為一個虛擬的兩級調度問題集，并通過計算得到工件在m-1個兩個虛擬級1和2的加工時間，然后基于參數空間搜索理論，采用參數空間搜索方法，通過改變因子h的值來修正權值，再用Johnson規則從m-1個調度中選擇最好的順序，從而得到n個工件的最優排序。
3.根據權利要求1或2所述的基于參數空間搜索的混合流水生產線的啟發式調度方法，其特征是，所述的工件的排序，具體可分為四個步驟(1)通過虛擬兩級調度集，將m級調度問題，依次轉化為一個虛擬的兩級調度問題集設混合流水生產線有m個級，n個工件，把m級HFS問題依次分為兩組，共產生m-1個兩個虛擬級問題集；(2)通過計算得到工件在兩個虛擬級1和2的加工時間工件j在兩個虛擬級1和2的加工時間，可定義為p′j1=Σl=1kwl1pjl,p′j2=Σl=1kwl2pj,m-l+1----1)]]>式中k＝1，2，，m-1，pjl為工件j在第l級的作業時間，W1和W2定義為兩個虛擬級的權重W1＝{wl1|l＝1，2，...，m}＝{m-h，m-1-h，...，2-h，1-h}W2＝{wl2|l＝1，2，...，m}＝{1-h，2-h，...，m-1-h，m-h}2)(3)基于參數空間搜索理論，采用參數空間搜索方法，通過改變因子h的值來修正權值W1和W2采用參數空間搜索方法來改變因子h來修正權值，以獲得m-1個兩個虛擬級作業時間，式2)中h為變化因子，其取值范圍為{-m，m}，為下階段選出最優排序提供基礎。(4)采用Johnson規則對虛擬兩級問題的n個工件進行最優排序用Johnson規則來對每一個虛擬兩級問題的n個工件進行最優排序，獲得m-1個調度，最后從中選擇最好的調度作為整個問題的最好解，從中選出最優排序，最優排序用公式來描述為f(j)＝sign(pj2-pj1)/min(pj1，pj2) 3)其中， 最后，將工件按照f(j)的非增順序排列，則得到工件的最優排序表。
4.根據權利要求1所述的基于參數空間搜索的混合流水生產線的啟發式調度方法，其特征是，所述的設備的分配，具體如下根據最優排序表進行設備的分配，優選采用FAM規則，即當一個工件在前一級作業完畢后，將其分配給最先空閑的設備，如果當前有多個設備空閑，則隨機選擇一個設備進行加工。
全文摘要
一種基于參數空間搜索的混合流水生產線調度的啟發式方法，屬于自動控制與信息技術領域。本發明包括工件的排序和設備的分配，在工件的排序中，根據參數空間搜索方法，利用虛擬兩級調度集，對每級具有多個并行設備的m級混合流水生產線的n個工件進行最優排序，得到n個工件的最優排序，然后根據最優排序表進行設備的分配。本發明解決了背景技術中存在的問題，提出的啟發式MRA優化調度，可以得到比現有各種調度方法更好的排序，可使所有工件完成全部加工所需的時間減少10％－30％，它可用于各種制造業、柔性制造以及啤酒制造、玻璃生產、鋼鐵制造等領域的優化調度。
文檔編號G05B15/02GK1487381SQ03141668
公開日2004年4月7日 申請日期2003年7月17日 優先權日2003年7月17日
發明者邵惠鶴, 李霄峰 申請人:上海交通大學