[发明专利]一种制造系统中柔性多任务调度方法

说明书

本发明公开了一种制造系统中柔性多任务调度方法，以任务的时间限制和质量限制为约束条件，以最小化总能耗及工作负载均衡为目标，建立双目标优化模型。分阶段首先对服务分配向量进行迭代处理，然后生成子任务顺序向量并进行迭代处理，最后针对服务分配向量和子任务顺序向量进行处理，在经过前两个阶段已经缩小的搜索空间中同时考虑服务分配和子任务顺序，以在质量和完成时间的约束下，权衡总能耗和工作负载均衡。本发明在解决考虑能耗和中间缓冲区的多任务调度问题时，具有更好的性能。

技术领域

本申请属于制造系统中的柔性多任务调度技术领域，尤其涉及一种制造系统中柔性多任务调度方法。

背景技术

制造系统中的柔性多任务调度问题近年来得到了广泛的研究，传统的多任务调度问题往往从客户的角度优化服务质量(quality of service，QoS)，如时间、成本和声誉等。然而当优化目标局限于客户利益的时候，不同的任务有可能分配给相同的制造服务，从而导致资源闲置，降低资源利用效率。

数据表明，制造业是全球能源消耗的主要部门，减少能源消耗是制造系统实现绿色制造的必要条件，人们已经意识到制造企业节能减排的重要性。现有技术柔性多任务调度主要是考虑了与能耗相关的目标与完工时间和总延误时间等目标之间的利益冲突。例如，Leenders等(2019)提出了一种重复斯塔伯格博弈模型以同时最小化生产系统和效用系统的能耗。Fang等(2011)采用以运行速度为自变量的数学规划模型来调整峰值负荷和总能耗。Zhang等(2018)提出的调度模型旨在不影响任务的截止日期保证的前提下最小化总计算成本和能源消耗。此外，Feng等(2019)提出了一种新的数学模型，通过突出涡轮产量损失的重要性来优化维修调度和路由问题，这不仅能优化维修计划，也优化了船舶航线。Su等(2014)在优化列车控制策略时，同时考虑了能量消耗、运行时间、安全性和乘坐舒适性。Yildirm等(2017)针对风电场调度过程中面临的特殊挑战，提出了一种基于风能和电价的自适应维护调度优化模型。

可见，目前针对降低制造过程能耗的相关研究大多集中于最小化总能耗这个单一的目标，未考虑制造企业与制造系统之间的利益冲突，即未考虑能源消耗与工作负载均衡之间冲突，这样容易产生垄断的制造企业，不能平衡不同制造企业的工作量，不利于制造系统的健康发展。

发明内容

本申请的目的是提供一种制造系统中柔性多任务调度方法，在制造过程中同时考虑能源消耗与工作负载均衡，并考虑中间缓冲区的影响，从而避免了背景技术中指出的问题。

为了实现上述目的，本申请技术方案如下：

一种制造系统中柔性多任务调度方法，包括：

以任务的时间限制和质量限制为约束条件，以最小化总能耗及工作负载均衡为目标，建立双目标优化模型，所述双目标优化模型对应的调度方案包括服务分配向量和子任务顺序向量，建立的双目标优化模型表示如下：

其中，TEC为总能耗，WB为工作负载均衡，T_i为第i个制造任务，i＝1,2,…,I，T_ij为第i个任务的第j个子任务，j＝1,2,…,J_i，CT_ij为T_ij的结束时间，为MS_k完成T_ij的质量，MS_k为第k个制造服务，k＝1,2,…,K，为二元变量，如果由MS_k完成T_ij，否则，TT_i为T_i的时间限制，TQ_i为T_i的质量限制；

接收制造任务和制造服务数据，初始化种群的服务分配向量，评估种群中的每个个体，划分为帕累托解集和帕累托支配解集；

执行交叉变异操作，并保留个体，更新帕累托解集和帕累托支配解集；