[发明专利]基于改进类电磁机制算法的绿色柔性作业车间调度方法

说明书

本发明公开了一种基于改进类电磁机制算法的绿色柔性作业车间调度方法，该方法适用于以绿色制造为目标的柔性作业车间调度问题，包括步骤：作业车间及调度任务属性定义，完成对于车间和任务相关属性的数学定义及参数表示；优化指标模型及目标函数建立，利用车间和任务相关属性参数，完成对每个优化指标的数学模型的建立，并建立目标函数；改进类电磁机制算法求解，使用改进的类电磁机制算法，完成对种群个体的迭代寻优过程，最终输出最优的调度方案。本发明能够在一定程度上解决以绿色制造为目标的柔性作业车间调度问题，综合提高作业车间的多项绿色生产指标。

技术领域

本发明属于电子工程和计算机科学领域，具体涉及一种基于改进类电磁机制算法的绿色柔性作业车间调度方法。

背景技术

柔性作业车间调度问题是一种常见的车间制造优化问题，此类问题同时涉及工序的顺序调度以及加工机器的分配选择。随着可持续制造、绿色制造等概念的提出，车间调度问题不再限于考虑传统的时间、成本等方面的优化目标，而是更多地考虑能耗、能效、碳排放等绿色优化目标。此外，针对柔性作业车间调度这类NP-hard问题，通常使用启发算法或元启发算法等智能优化算法寻找最优或近似最优解。目前使用较多的算法如遗传算法、非支配排序遗传算法-II(NSGA-II)、粒子群算法、模拟退火算法等，通常存在依赖外部寻优策略、过早陷入局部最优解等问题。类电磁机制算法是一种基于电场中带电粒子相互吸引、排斥行为的群智能优化算法，它具有内部寻优策略，但仍存在容易早熟的问题，且通常用来解决单一优化目标的连续优化问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种基于改进类电磁机制算法的绿色柔性作业车间调度方法，通过增加、改进类电磁机制算法的部分操作，使之更容易跳出局部最优解，并且具备解决多目标柔性作业车间调度问题的能力，从而提高作业车间的多项生产指标，协助改善制造车间的绿色程度和可持续性。该方法适用于以绿色制造为目标的柔性作业车间调度问题，涵盖了作业车间及调度任务属性定义模块、优化指标模型及目标函数建立模块、类电磁机制算法求解模块，能够在一定程度上解决以绿色制造为目标的柔性作业车间调度问题，综合提高作业车间的多项绿色生产指标。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种基于改进类电磁机制算法的绿色柔性作业车间调度方法，适用于以绿色制造为目标的柔性作业车间调度问题，包括如下步骤：

(1)对于车间和任务相关属性的数学定义及参数表示，具体包括作业车间固有属性、调度任务固有属性、车间-任务匹配属性；

(2)利用车间和任务相关属性参数，分别建立最大完工时间MKS、总能耗TEC、总成本TPC、无用碳排放WCE、逆加工能量利用率IPPE五项优化指标的数学模型，并通过决策者偏好序列进行加权以及归一化处理建立目标函数；

(3)利用改进类电磁机制算法求解目标函数，具体实现如下：

①确定编码方式：使用两段等长的数字序列对调度方案进行编码，两段数字序列分别表示工序排序和机器选择，其中工序排序数字序列中每道工序对应的数字大小代表加工顺序，序列由小到大排列、并调整同一任务的工序顺序后即生成工序排序；机器选择数字序列中每道工序对应的数字即代表加工机器的编号；

②确定种群的容量，并针对种群中的个体，在[0,10]内的正实数区间内随机生成工序排序数字序列、在工序可用的机器范围内随机生成机器选择数字序列，每个拥有两段数字序列的个体即代表一个调度方案；

③根据步骤(2)中建立的数学模型计算种群中个体i的五项目标函数值，并根据目标函数值计算其携带电荷量q_i、所受总库仑力F_i，并依据总库仑力方向以预定步长移动个体；

④在[0,1]区间内生成随机数r，并判断r是否小于磁偏转概率P，如果是，则计算种群中个体i所受磁场力F_mi，并根据磁场方向以预步长移动个体；否则，直接执行⑤；