系统仿真学报 ›› 2025, Vol. 37 ›› Issue (5): 1197-1209.doi: 10.16182/j.issn1004731x.joss.24-0031
顾文斌, 卿洁瑕, 方杰, 刘斯麒
收稿日期:2024-01-09
修回日期:2024-03-13
出版日期:2025-05-20
发布日期:2025-05-23
第一作者简介:顾文斌(1980-),男,副教授,博士,研究方向为智能制造系统建模、智能优化调度等。
基金资助:Gu Wenbin, Qing Jiexia, Fang Jie, Liu Siqi
Received:2024-01-09
Revised:2024-03-13
Online:2025-05-20
Published:2025-05-23
摘要:
针对多目标工艺规划与车间调度集成问题(multi-objective integrated process planning and scheduling,MOIPPS),以最小化完工时间和生产能耗最低为优化目标,提出了一种考虑全局和局部最优的改进混合优化算法。通过分析集成系统工艺设计和生产调度两个问题的区别与联系,搭建了多目标问题模型和解决框架。针对两阶段集成问题提出混合优化算法,对工艺阶段采用全局搜索算法,为集成系统提供多种工艺加工方案,保证集成算法的全局搜索性能;针对调度阶段设计一种改进禁忌搜索算法,通过交叉与随机抽样扩大解的分布范围,使用邻域禁忌搜索使得算法快速收敛,并采用Pareto非支配排序获得全局最优解。实验对比分析,验证了所提算法在求解多目标工艺规划与车间调度集成问题的高效性和稳定性。
中图分类号:
顾文斌,卿洁瑕,方杰等 . 改进混合优化算法求解多目标IPPS问题[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(5): 1197-1209.
Gu Wenbin,Qing Jiexia,Fang Jie,et al . Improved Hybrid Optimization Algorithm for Multi-objective IPPS Problem[J]. Journal of System Simulation, 2025, 37(5): 1197-1209.
表1
符号定义
| 符号 | 描述 |
|---|---|
| N | 工件总数 |
| M | 机器总数 |
| I | 工件索引 |
| J | 待加工工序索引 |
| K | 机器索引 |
| mk | 第k个机器 |
| Oij | 工件i的第j个加工工序 |
| Hi | 工件i总加工工序数 |
| fi | 工件i的加工特征数 |
| pix | 加工特征fi 的可选工艺方案数(x = 1, 2, …, fi ) |
| qixy | 工艺方案pix 所需加工的工序数(y = 1, 2, …, pix ) |
| SHi | 工件i的加工工艺路线确认后待加工的工序数 |
| Mij | 工序Oij 的可加工机器合集 |
| tijk | 工序Oij 在机器mk 上的加工时间 |
| Pijk | 工序Oij 在机器mk 上的加工功率 |
| Cij | 工序Oij 的完工时间 |
| Pfk | 机器mk 的待机功率 |
| Pa | 车间辅助功率 |
| Xijk | 1,如果Oij 被安排在机器mk 上;否则,0 |
| Yijpq | 1,如果Oij 是Opq 的上一道工序;0,如果Oij 是Opq 的下一道工序 |
表3
IHOA与其他算法对最小完工时间优化结果对比
| 问题 | 工件数 | SEA | GATS | HA | ICA | THA | SMGAVNS | HMS-GA | IHOA |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 6 | 428 | 427 | 483 | 427 | 427 | 427 | 427 | 427 |
| 2 | 6 | 343 | 343 | 383 | 343 | 343 | 343 | 343 | 301 |
| 3 | 6 | 347 | 345 | 386 | 345 | 344 | 344 | 344 | 344 |
| 4 | 6 | 306 | 306 | 328 | 306 | 306 | 306 | 306 | 301 |
| 5 | 6 | 319 | 319 | 348 | 319 | 319 | 316 | 318 | 304 |
| 6 | 6 | 438 | 427 | 506 | 435 | 427 | 427 | 427 | 427 |
| 7 | 6 | 372 | 372 | 386 | 372 | 372 | 372 | 372 | 372 |
| 8 | 6 | 343 | 343 | 376 | 343 | 348 | 351 | 342 | 320 |
| 9 | 6 | 428 | 427 | 507 | 427 | 427 | 427 | 427 | 427 |
| 10 | 9 | 443 | 427 | 504 | 440 | 427 | 427 | 427 | 427 |
| 11 | 9 | 369 | 369 | 413 | 367 | 365 | 350 | 349 | 344 |
| 12 | 9 | 328 | 326 | 361 | 327 | 321 | 317 | 321 | 301 |
| 13 | 9 | 452 | 428 | 505 | 457 | 434 | 427 | 428 | 428 |
| 14 | 9 | 381 | 380 | 423 | 390 | 385 | 393 | 374 | 372 |
| 15 | 9 | 434 | 427 | 496 | 432 | 427 | 427 | 427 | 427 |
| 16 | 12 | 454 | 435 | 521 | 466 | 430 | 437 | 428 | 434 |
| 17 | 12 | 431 | 423 | 474 | 443 | 418 | 414 | 367 | 362 |
| 18 | 12 | 379 | 349 | 417 | 384 | 353 | 358 | 335 | 331 |
| 19 | 12 | 490 | 474 | 550 | 490 | 470 | 462 | 434 | 428 |
| 20 | 12 | 447 | 432 | 473 | 440 | 431 | 419 | 390 | 386 |
| 21 | 12 | 477 | 427 | 525 | 466 | 430 | 427 | 427 | 427 |
| 22 | 15 | 534 | 513 | 560 | 529 | 489 | 476 | 443 | 444 |
| 23 | 15 | 498 | 470 | 533 | 495 | 453 | 440 | 415 | 415 |
| 24 | 18 | 587 | 539 | 607 | 577 | 511 | 493 | 475 | 475 |
表4
不同规模问题工件信息
| 问题 | 规模(工件数 | 工件序号 |
|---|---|---|
| 1 | 6×5 | job1~6 |
| 2 | 6×5 | job2~7 |
| 3 | 6×5 | job3~8 |
| 4 | 6×5 | job9~14 |
| 5 | 6×5 | job10~15 |
| 6 | 6×5 | job11~16 |
| 7 | 6×5 | job1,3,6,8,10,15 |
| 8 | 6×5 | job2,4,5,7,11,14 |
| 9 | 6×5 | job2,6,9,12,13,16 |
| 10 | 10×5 | job1~5,9~13 |
| 11 | 10×5 | job4~8,12~16 |
| 12 | 10×5 | job1,3,5,7~10,12,14,16 |
| 13 | 10×5 | job1~9,13 |
| 14 | 10×5 | job7~16 |
| 15 | 15×10 | job1~15 |
| 16 | 15×10 | job1~14,16 |
| 17 | 15×10 | job1~11,13~16 |
| 18 | 16×10 | job1~16 |
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