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具有行为效应的含AGV柔性车间调度研究
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2021-04-30
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为了研究行为效应对含AGV柔性车间调度问题的影响,构建了考虑学习效应以及恶化效应的以完工时间最短为目标的数学模型。针对该模型的特点,采用基于工序、机床和AGV分配的编码方式,并提出具有混沌局部搜索策略的鲸鱼算法求解。数值算例结果验证了算法的有效性和可行性。实验对比了学习效应、恶化效应、学习—恶化效应、不考虑效应四种情况下加工时间的差异。同时研究了加工任务批量、AGV数量对加工时间的影响。通过实验证明了AGV资源约束和各效应共同影响了单位批量完工时间。
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收稿日期:20180331; 修回日期:20180521 基金项目:国家自然科学基金资助项目 (71271138);上海理工大学科 技发展 项目
(16KJFZ028);上海市高原学科项目(GYXK1201)
作者简介:徐云琴(1994),女,江西丰城人,硕士研究生,主要研究方向为生产调度、智能算法(1071709383@qq.com);叶春明(1964),男,安
徽宣城人,博导,主要研究方向为生产调度、工业工程等;曹磊(1989),男,山东潍坊人,博士研究生,主要研究方向为组合优化、智能算法.
具有行为效应的含 AGV柔性车间调度研究
徐云琴,叶春明,曹 磊
(上海理工大学 管理学院,上海 200093)
摘 要:为了研究行为效应对含 AGV柔性车间调度问题的影响,构建了考虑学习效应以及恶化效应的以完工
时间最短为目标的数学模型。针对该模型的特点,采用基于工序、机床和 AGV分配的编码方式,并提出具有混
沌局部搜索策略的鲸鱼算法求解。数值算例结果验证了算法的有效性和可行性。实验对比了学习效应、恶化效
应、学习—恶化效应、不考虑效应四种情况下加工时间的差异。同时研究了加工任务批量、AGV数量对加工时
间的影响。通过实验证明了 AGV资源约束和各效应共同影响了单位批量完工时间。
关键词:AGV;柔性车间调度;学习效应;恶化效应;鲸鱼算法
中图分类号:TP181 文献标志码:A 文章编号:10013695(2019)10034303306
doi:10.19734/j.issn.10013695.2018.03.0243
ResearchonflexibleJobShopschedulingproblemwith
AGVconstraintsandbehavioraleffects
XuYunqin,YeChunming,CaoLei
(SchoolofBusiness,UniversityofShanghaiforScience&Technology,Shanghai200093,China)
Abstract:InordertostudytheeffectofbehavioraleffectsonflexibleJobShopschedulingproblemwithAGV,thispapercon
structedamathematicalmodelwiththegoalofshortestcompletiontimeconsideringlearningeffectanddeteriorationeffect.Ac
cordingtothecharacteristicsofthemodel,thispaperadoptedacodingmethodbasedonprocesses,machineandAGValloca
tion,andproposedawhalealgorithmwithchaoticlocalsearchstrategy.Theresultsofnumericalexamplesverifytheeffective
nessandfeasibilityofthealgorithm.Theexperimentcomparedtheprocessingtimedifferencesbetweenthelearningeffect
,the
deteriorationeffect,thelearningdeteriorationeffect,andtheabsenceoftheeffect.Atthesametime,thispaperstudiedthe
influenceofthenumberofprocessingtasksandthenumberofAGVontheprocessingtime.ExperimentsprovethattheAGV
resourceconstraintsandvariouseffectsjointlyaffecttheunitbatchcompletiontime.
Keywords:AGV;FJSP;learningeffects;deterioratingeffects;whalealgorithm
AGV(automatedguidedvehicle)是一种可以通过智能计算
机控制系统进行控制的物料搬运移动式机器人
[1]
。它在生产
制造领域应用最广泛,因此以 AGV搬运约束的柔性车间调度
为背景去进一步深入研究具有现实意义。
在实际生产过程中,工件加工时间会受行为效应的影响。
广义的行为效应是通过研究人的行为规律、机器加工规律,找
到提高生产效率的途径,包括学习效应、恶化效应等。本文研
究工人具有学习效应与工件具有恶化效应时对加工时间的影
响,旨在帮助企业更合理地安排生产加工计划。文献[2]考虑
学习 恶 化 因 素 并 且 机 器 具 有 可 用 性 限 制,实际加工时间 为
P
jr
=(p
0
+bt)r
a
(b为工件恶化率,a为学习因子)使得单机调
度问题更加符合实际生产制造。当机器重复加工同一零件,随
着加工数量的增加,加工单个零件的时间缩短,即产生学习效
应;当零件开工时间变晚,使加工单个零件时间变长,即恶化效
应。文献[3]提出具有恶化和学习效应及资源分配的排序模
型,且将模型一般化为
P
jr
=P
j
max{f
j
(r),b
j
}+ct-
β
j
μ
j
(其中:
u
j
为工件 j的可用资源;c成为恶化率;max{f
j
(r),b
j
}学习效应
函数)。文献[4]研究的是考虑学习恶化效应的无等待流水调
度学习恶化效应模型,利用局部搜索方法求解最小总延迟。文
献[5]考虑了同时具有学习恶化效应的柔性作业车间调度问
题,并用改进的遗传算法结合可变区域搜索进行求解。考虑到
参数设置会影响算法性能,采用了田口的鲁棒设计方法来定义
最佳参数值。文献[6]考虑学习效应以及设置时间的柔性车
间调度问题,提出遗传算法结合变量邻域搜索和迭代局部搜
索,并采用自适应策略来调整参数。文献[
7]考虑具有学习恶
化效应的平行机调度问题,提出了一种基于蚁群优化算法求解
方法。文献[8]考虑了同时具有学习恶化效应的柔性作业车
间调度问题,并用改进的遗传算法结合邻域搜索进行求解。
笔者在查阅文献的过程中发现:具有行为效应的含 AGV
柔性车间调度研究极少。目前研究考虑学习遗忘效应,或者学
习恶化效应的调度问题,但研究者往往只取一个固定的学习
率、遗忘率、恶化率求解分析与不含效应的调度问题对比,然后
就结束了研究。忽略了分析不同的学习率,不同的遗忘率、不
同的恶化率的影响差异性。本文不仅考虑了上述不同的效应
因子对加工时间的影响,还分析了任务批量与
AGV的数量对
含 AGV柔性车间调度的影响。
1 含有 AGV的 FJSP描述与建模
11 问题描述
含有 AGV的柔性车间调度问题考虑 n工件在 m台设备
上加工,并由 AGV负责工件在设备间的运输的过程,且每台设
备都由一个工人操作。每个零件都有
n
i
道不同的工序 n
i
<m,
每个工序可在多台设备上加工,有
r台 AGV,且 r<m+2。有
如下假设:
a)AGV的搬运路线是固定的,AGV搬运不延时,不
同 AGV搬运互不干扰;b)AGV工作内容是从上一道工序加工
第 36卷第 10期
2019年 10月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.36No.10
Oct.2019
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