一种不确定条件下多产品间歇过程生产调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生产调度技术领域，具体涉及一种处理时间不确定条件下的多产品间 歇过程生产调度方法。
【背景技术】
[0002] 由于间歇过程以分批的方式生产多个产品，其设备和时间的利用率比较低，同时 在生产中不同产品或同一产品的不同批次可能会同时对某些设备提出加工要求，从而发生 冲突。因此如何有效地安排生产过程，妥善地根据市场需求或生产任务分配设备及时间，对 于提高间歇过程的生产效率和经济效益有很重要的作用，其中，企业非常关心的一个目标 是最大完工时间。在实际生广过程中，经常存在广品的处理时间不确定的情况，使得由各种 确定性模型得到的优化调度方案性能指标降低甚至不再可行。因此，必须充分考虑处理时 间的不确定因素，以保证方案的可行性和最优性。然而，现有的调度系统一般只能应对确定 性模型，对处理时间不确定的情况也通常作为确定性来处理。随着问题规模的增大和调度 方案有效性和实时性要求的提高，对不确定条件下多产品间歇过程调度求解技术有着更高 的要求。
[0003] 作为一种新型群智能优化算法，组搜索算法是He等受动物集体捕猎行为启发而 提出的。在组搜索算法中，种群中的个体按照"发现一参与"的不同分工扮演不同的角色。 在种群中，发现当前最优位置的个体被称为发现者，参与并分享发现者成果的个体被称为 参与者。为了防止算法陷入局部最优，组搜索算法引入了 "游荡"策略，将参与者分成追随 者和巡逻者，一旦发现者发现了猎物踪迹，追随者会快速向发现者靠近，同时巡逻者会在群 体附近进行随机的游荡。考虑到组搜索算法在解决复杂优化问题时具有较高的有效性和鲁 棒性，本发明将其引入到不确定条件下多产品间歇过程调度求解中，设计了组搜索算法的 各个环节，以获得较优的调度方案，提高企业生产效率。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对产品处理时间不确定条件下的多产品间歇过程生产调度问 题，以最小化最大完工时间的期望为目标，提出一种基于组搜索算法的调度方法。
[0005] 本发明采取如下的技术解决方案： 一种不确定条件下多产品间歇过程生产调度方法，包括以下步骤。
[0006] 步骤1 :准备阶段：实时载入各个产品各个工序的处理时间信息和多产品间歇过 程的存储类型。
[0007] 步骤2 :随机模拟阶段：根据载入的各个工序的时间信息，采用逆变换法产生NS个 服从对应随机分布的处理时间，NS为随机模拟抽样次数。
[0008] 步骤3 :算法初始化阶段：对多产品间歇过程，按照置换的情况进行处理，即每台 设备上的产品加工次序是一样的。将算法的每个个体编码为产品序号的排列，对每个设备： 排列在前面的产品先处理，排列在后的产品后处理。然后将组搜索算法种群进行如下初始 化：一个解由NEH规则生成，其他popsize-1个解随机生成（popsize为种群大小)，利用随 机模拟数据评估每一个解。
[0009] 步骤4 :组搜索算法的进化阶段：沿用组搜索算法的优化思想，结合调度问题的邻 域概念和智能算法的交叉变异算子，进行发现者、追随者和巡逻者的操作设计(该步骤中， 若涉及评估调度解则利用步骤2产生的随机模拟数据)。
[0010] 步骤4. 1 :发现者作用在种群最好解上，对个体采用最优插入扰动，从而得到当前 解周围的某个扰动解，然后基于此解，进行插入局部搜索，直到获得局部最优。最优插入扰 动过程在当前解的基础上，选择若干个不重复的产品序号，将对应的产品插入到其他位置 中的最优位置上；插入局部搜索依次将各个产品进行插入邻域搜索，知道解不能再变好为 止。
[0011] 步骤4. 2 :追随者将对应的个体和发现者个体进行交叉，从而得到和发现者个体 相似的解。将当前解和种群最好解进行交叉，可选择的交叉算子有部分匹配交叉、次序交 叉、基于位置的交叉、基于次序的交叉、循环交叉、线性次序交叉等。
[0012] 步骤4. 3 :巡逻者主要起到随机游荡的作用，采用两种方式实现：随机产生符合生 产约束的调度解；或在当前最好解的基础上做一次较大的扰动。巡逻者得到的个体将替换 掉种群中的最差者，即采用"末位淘汰制"。
[0013] 步骤4. 4:判断终止条件是否满足，若不满足则返回步骤4,否则结束并输出当前 的最好调度方案。
[0014] 本发明的有益效果在于： (1) 采用随机模拟的目标值，可完成均匀分布、指数分布等各种随机分布下的问题求 解； (2) 采用离散编码的组搜索算法，缩小了连续域搜索的解空间，确保了调度解搜寻的高 效性； (3) 对无限中间储罐和无中间储罐类型的间歇过程，该方法建立的随机期望值模型都 可行，且算法求解时间较短。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明不确定间歇过程调度方法的流程图。
[0016] 图2为本发明组搜索算法编码解码示意图。
[0017] 图3为本发明最优调度方案甘特图。
[0018] 图2和图3中，横坐标为时间，纵坐标为设备，矩形方块中的数字表不产品标号，矩 形方块右下角的数字表不相应广品的完工时间，makespan为所有广品的最大完工时间。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0020] 本实施方式将该调度方法应用到某间歇化工厂多产品生产过程中。考虑了两种中 间存储方式：无限中间储罐和无中间储罐。无限中间储罐类型在产品离开设备时有足够的 中间储罐存储，而无中间储罐类型完全没有中间储罐，因此只能滞留在设备上，从而引起生 产周期的增大。该间歇过程有5个设备、10个产品。不确定处理时间如表1，其中N表示正 态分布。
[0021] 表1不确定处理时间表
本实施方式的并行设备调度策略，如图1示，包括以下步骤。
[0022] 步骤1 :准备阶段：实时载入各个产品各个工序的处理时间信息和多产品间歇过 程的存储类型。
[0023] 步骤2 :随机模拟阶段：根据载入的各个工序的时间信息，采用逆变换法产生NS个 符合对应随机分布的处理时间，NS为随机模拟抽样次数。
[0024] 设正态分布为1|_;炫"，产生服从这一分布