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生产调度问题及其优化算法

（采用遗传算法与MATLAB编程）

信息014 孙卓明

二零零三年八月十四日

生产调度问题及其优化算法

背景及摘要

这是一个典型的Job-Shop动态排序问题。目前调度问题的理论研究成果主要集中在以Job-Shop问题为代表的基于最小化完工时间的调度问题上。一个复杂的制造系统不仅可能涉及到成千上万道车间调度工序，而且工序的变更又可能导致相当大的调度规模。解空间容量巨大，N个工件、M台机器的问题包含(N!)M种排列。由于问题的连环嵌套性，使得用图解方法也变得不切实际。传统的运筹学方法，即便在单目标优化的静态调度问题中也难以有效应用。

本文给出三个模型。首先通过贪婪法手工求得本问题最优解，既而通过编解码程序随机模拟优化方案得出最优解。最后采用现代进化算法中有代表性发展优势的遗传算法。文章有针对性地选取遗传算法关键环节的适宜方法，采用MATLAB软件实现算法模拟，得出优化方案，并与计算机随机模拟结果加以比较显示出遗传算法之优化效果。 对车间调度系列问题的有效解决具有一定参考和借鉴价值。

一．问题重述

某重型机械厂产品都是单件性的，其中有一车间共有A，B，C，D四种不同设备，现接受6件产品的加工任务，每件产品接受的程序在指定的设备上加工，其工序与加工周期如下表：（S-设备号、T-周期） 工序 1 2 3 4 5 6 7 8 产品 S T S T S T S T S T S T S T S T 1 C 8 A 2 B 4 C 24 D 6 2 A 4 D 5 B 3 C 4 3 C 3 D 7 A 15 B 20 A 8 4 B 7 C 6 D 21 A 1 D 16 C 3 5 D 10 B 4 C 8 D 4 A 12 C 6 D 1 6 A 1 B 4 A 7 C 3 D 5 A 2 C 5 A ( 表一 ) 条件：1、每件产品必须按规定的工序加工，不得颠倒； 2、每台设备在同一时间只能担任一项任务。

（每件产品的每个工序为一个任务）

问题：做出生产安排，希望在尽可能短的时间里，完成所接受的全部任务。 要求：给出每台设备承担任务的时间表。

8 注：在上面，机器 A，B，C，D 即为机器 1，2，3，4，程序中以数字1，2，3，4表示，

说明时则用A，B，C，D

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二．模型假设

1．每一时刻，每台机器只能加工一个工件，且每个工件只能被一台机器所加工 ，同时加工过程为不间断； 2．所有机器均同时开工，且工件从机器I 到机器J 的转移过程时间损耗不计； 3．各工件必须按工艺路线以指定的次序在机器上加工多次； 4．操作允许等待，即前一操作未完成，则后面的操作需要等待，可用资源有限。

三．符号说明及初始数据表达分析

Ji - 第i个工件 （i=1?6）

（i,j）表示i工件的第 j个操作的机器号 JM- 机器顺序阵 JMMj- 第j台机器 （j=1?4）

MJ- 工件排列阵 MJ(i,j)表示i机器上第j次加工的工件号 T - 加工时间阵 T(i,j)为i工件的第 j个操作的时间周期 C - 整个任务完成时间

整理数据后得到：

= [ 8 2 4 24 6 0 0 0 ]

[ A D B C 0 0 0 0 ] [ 4 5 3 4 0 0 0 0 ] [ C D A B A 0 0 0 ] [ 3 7 15 20 8 0 0 0 ] [ B C D A D C 0 0 ] [ 7 6 21 1 16 3 0 0 ] [ D B C D A C D 0 ] [ 10 4 8 4 12 6 1 0 ] [ A B A C D A C A ] [ 1 4 7 3 5 2 5 8 ] 上述二阵直接从题目得出，而MJ则是我们要求的。

JM=[ C A B C D 0 0 0 ] T关于工件的加工时间表：(表二) 产品/工件（i）: 1 44 5 2 16 4 3 53 5 4 54 6 5 45 7 6 35 8 总计 247 35 Ji 总净加工时间（周期） Ji 加工工序总数（个）

关于机器的加工时间表：(表三) 机器/设备(j): A 60 10 B 42 6 C 70 10 D 75 9 总计 247 35 Mj 总净加工时间 Mj 加工操作次数 分析：

由于各产品总净加工时间和各机器总净加工时间之中最大值为 75，而总计为247，那么 总时间 C 介于[75，247]。同时各工件加工繁杂程度不一，各机器的任务量也有轻重之别。合理的调度排序是对于节省时间和资源是必要的。

希望最优化答案是75，这样达到最小值，如果答案是75，那么意味着机器D不间断工作,直至全部加工任务完成。

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