基于禁忌搜索算法的生产调度

控制管理

文章编号：１００８－０５７０（２００８）０２－３—∞５５－０２

基于禁忌搜索算法的生产调度

ＰＲＯＤＵＣＴｌ０ＮＳＣＨＥＤＵＬＥＢＡＳＥＤＯＮＴＡＢＵＳＥＡＲＣＨＡＬＧＯＲｌＴＨＭＳ

（广东工业大学）刘忠耀彭重嘉伍乃骐

ＬｌＵＺＨＯＮＧＹＡＯ

ＰＥＮＧＣＨＯＮＧＪＩＡ

ＷＵＮＡＩＱＩ

摘要：基于启发式规则和禁忌搜索技术，提出了一种即要优先满足定单交货期，而且使得注塑生产线上的总的定单切换时间最小化的生产调度的算法，通过计算机的模拟仿真，证明此算法的有效性。关键词：生产调度；禁忌搜索算法；启发式规则中图分类号：ＴＥ

３０１

文献标识码：Ａ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ

ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｃｈｅｄｕｌｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ

ｗａｓ

ｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｈｅｕｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｔａｂｕｓｅａｒｃｈａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ｗｈｉｃｈｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｐｒｉｏｒｉｔｙｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｏｒｄｅｒ’Ｓｄｅｌｉｖｅｒｄａｔｅ，ｂｕｔａｌｓｏ

ｃａｎ

ｍａｋｅｔｈｅｔｏｔａｌｏｒｄｅｒ’Ｓｓｗｉｔｃｈｔｉｍｅｍｉｎｉｍｕｍｉｎｔｈｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ

ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎ

ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｉｔｃｏｎｆｉｒｍｅｄｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ

ｗａｓ

ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｃｈｅｄｕｌｅ，ＴａｂｕＳｅａｒｃｈＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ＨｅｕｒｉｓｔｉｃｓＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓ

１引言

例：某注塑厂定单交货计划表形式如下表所示。

定

吨数颜色需求产能

四

五七

生产调度问题一直是研究的热点问题，它对于降低生产成堕

数

本。缩短制造周期，提高生产效率具有重要的意义。由于制造系００１ｌ∞ｔ

白踟００３（１ｌｅａ／ｈ１０００

１０∞１０００２０００２咖

１∞０

０统千差万别，特点各不相同．所以所采用的生产调度模型调度００２撇

红

１００００２００ｅａ／ｈ３０∞

１０００

０２０００１０∞

１０∞２０００∞Ｂ

３００ｔ

手段也是不同的。注塑生产是一种混合型的生产过程，一般是　黑

１５０００

４００ｅａｒｎ

３０００

３０∞０

Ｏ

３∞０

４０００

２０００

面向订单生产，产品品种变化比较大，批量相对小。同时，注塑在表中．每个定单的需求数等于后面７天要交货数的总机台数多，每一注塑机又生产不同的产品，批量相对又比较大，和。０代表这一天不用交货。

所以注塑生产线上的调度是比较复杂的。注塑企业是按定单生一般注塑厂有几十条到上百条注塑生产线。每条注塑生产产．按期交货是极其重要的，所以这又给注塑生产线的调度提线都有一个吨位参数，只有吨位参数小于注塑线上的吨位参数出了更高的要求。

的定单可以在此条生产线上生产。注塑生产线上进行不同定单考虑到每条注塑生产线不同产品进行切换时要考虑到洗的切换时，要考虑到定单的颜色问题。由于不同颜色的定单进机问题（洗机时间由颜色的差异来决定），而对注塑生产线排产行切换时，注塑生产线要进行洗机。颜色相同的的定单不用洗时还要考虑吨位参数要求，加上前面所述要求，使得以往注塑机，颜色相近的定单洗机时间少，颜色相差较远的定单洗机时企业的生产调度都是由人工按经验进行，这样柔性比较好，比间较长。这就影响定单切换的时间。两个不同的定单的切换时较灵活，但是随着规模的不断扩大。人工经验排产已经越来越Ｉ可为：ｆ（ｏ，Ｏｊ）＝ｔ（ｃｉ，ｃｊ）ｆ，，＝１，２，．．．Ｎ，ｉ≠，；

不能满足生产的要求。效率越来越低下，生产成本很高。而到目２．２调度模型的建立前为此．并没有相关的关于注塑生产线的生产调度系统的研对调度模型的假设：

究。本文的研究就是要解决该领域的问题，填补其空白。

１．每个定单只能在一条注塑线上生产。２生产过程的的描述

２．加工每个定单批量过程中，不能中断。

根据注塑生产线吨位的要求，定单０ｉ在选择注塑生产线加２．１生产过程的的描述

工时必须首先要满足所选择的注塑生产线吨数参数要不小于注塑厂一般按定单生产，每个定单按批交货。设有Ｎ此定单的吨位要求，所以可以加工０。的注塑生产线有：

个定单Ｄ＝｛（６ｔ，ｄ，ｃｆ，ｇｉ，Ｖｉ，ｗ，），ｉ＝１，２，．．．Ⅳ｝，在Ｍ条注塑生产线

｛巧，历≥办，Ｊ＝ｌ…２．．Ｍ｝，所以根据这个条件．可以限定定单可以

巧＝（（蟛，历），＿，＝ｌ…２．．Ｍ｝上生产。定单交货计划为ｗｉ＝（ｎ。ｎ。．ｎＪ，在那些注塑生产线来安排生产。按定单的吨数从大到小排列。ｉ＝ｌ…２．．Ｎ，需求总数ｎ＝∑％ｉ＝ｌ…２一Ｎ；其中：

可以知道定单依次对应那些注塑生产线。

０。：第个定单ｉｉ：第ｊ条注塑生产线ｂ，：定单编号ｄｉ：定单吨例：假设有５个定单（０。５００吨），（０≯５０吨），（０，４５０吨），（０。位要求Ｃ。：定单颜色ｒｉ：定单需求总数Ｖｉ：定单产能砜：第ｉ个定４００吨），（ｏ，，３００吨），（ｏ白１００吨）。有４条注塑生产线：（Ｊ。５００吨），（Ｊ２，

单的第ｔ天的交货量ｗ；：定单交货计划Ｍ；：注塑生产线编号４００吨），‰３００吨），（Ｊ口００吨）。所以定单和注塑生产线有一个对

Ｄ；：注塑生产线的吨位参数

应关系｛Ｄｌ，Ｊｔ｝，（Ｄ２，Ｊ１），｛Ｄ３，Ｊｉ｝，｛０４，（Ｊｌ，．，２）｝，｛０５，（．，ｌ，Ｊ２，＾）｝，｛０６，（Ｊｒ，Ｊ２，Ｊ３，＾））。

刘忠耀：在读硕士研究生

调度的首要目标满足订单的交货期，其次是定单在生产线上切换时间尽可能少。目标函数为：

Ａ控ｌｌｌ邮局订阅号：８２－９４６３６０元，年一５５—

控制管理中文核心期刊＜微计算机信息＞（管控一体＇９５）２００８年第２４卷第２－３期

ｍｉｎｒ２∑ｎｌ＝ｋ）１ｆ

其中：

Ａ＝ｆ（Ｈ４

、，

％

１２３４

１

２

３

４

５

６７８９１０

（２）

１

６

Ｔ：所有生产线的总的切换时间，Ｍ：生产线的条数，Ｎ：定单数，Ｓ。：分配在注塑生产线Ｊｋ上生产的定单，Ｈ。：注塑生产线Ｊｋ上定单的加工顺序。Ｈ。可以这样得出：假设ｓｋ上有ｑ个定单｛Ｐ。，Ｐ２，．．．匕

ＰｑＥＱ，ｉ＝ｌ…２一Ｎｌ在注塑生产线Ｊ。上加工，那么可以排列组合出

４

５６７８９ｌＯ

所有的加工顺序（＿一般情况下，一条注塑生产线上安排的定单数不会多余４个．所以排列组合出的所有加工顺序的计算量不会很大），计算每种加工顺序的定单切换总时间氏，从中得到最小

在表中，列代表的是定单号，行代表的是注塑生产线号。＊代表定单不能在此条注塑生产线上生产．因为它选择的注塑生

切换时间的加工顺序７Ｉｋ。设第ｉ种顺序为（Ｐｉ，，％．．蹦，则：

死＝ｔ（Ｐ，１，ｐｎ）＋ｆ（Ｐｊ２，Ｐｆ３）＋…＋ｔ（Ｐｉｑ—Ｉ，＾）

＝ｔ（ｃｆｔ，ｐｉ２）＋ｔ（ｃｊ２，Ｄ３）＋…＋ｆ（ｃｗ—ｌ，Ｃｉｑ）

ｎｍｉｎ＝ｍｉｎ｛ｒ日，ｉ＝ｌ，２，¨．，ｇｌ｝；

产线要满足似，Ｄｊ≥巩Ｊ＝ｌ…２．．Ｍ）。所以它在禁忌表中是无穷大

的，永远都不能选择。表格中的６代表定单２选择注塑生产线３（３）

时为禁忌对象，此时禁忌长度为６。

３）适配值．用Ｔ来表示其适配值。适配值越小代表此种分配方案越好。

”Ｊ

’

把切换时间为１ｋ的加工顺序表示为Ｈｂ在Ｊｋ上加工的

总时间为：

～．

‰：争争伽／％＋Ａ。

。扛１．户：

ｆＴ岫，ｚｋ＜２４ｈ；

。’

４）领域．每个定单选择不同的注塑生产线称为移动，领域为所有这些移动所构成的系列。例如：定单编码为：定单号：ｌ，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，编码为：３，４，５，１，１，２，２，３，４，５．定单１在注塑线３上生产，如果定单１选择注塑线２，称为一次移动（其它的定单号选择不变）。这次移动就是当前解的一个领域。

５）藐视准则．如果侯选方案Ｔ值比当前的方案的Ｔ值小。但它是被禁忌的。则把它解禁出来。

６）终止准则．给定一个很大的迭代步数，如果总的迭代步数一超过它，算法就停此搜索。迭代的步数与安排的定单数多少有关。

７）禁忌长度．禁忌长度由定单的规模确定。２．４算法流程图。

那么Ａ＝厂（胁）表示为Ａ２｛Ｚ≥；而

２１３算法步骤调度分为两个步骤：

（５）

第一步：利用禁忌搜索算法，把所有定单的第一天的交货量

ｎｉｌ（ｎ—ｏ，ｉ＝１…２¨，Ⅳ）安排到注塑生产线上。

第二步：在第一天的定单数量全部安排之后。可以知道每一条注塑生产线Ｌ的最后一个加工的定单编号ｂｉ，这里有以下几种情况：

１）注塑生产线凡已经安排满Ｔ（２４小时），这条生产线安排结束：

２）注塑生产线Ｊ。没有安排满，那么看定单ｂｉ的交货表是否还有要交货的数量，如果有继续安排，直到安排满。如果ｂｉ剩余的交货数量都不能安排满这条生产线，那么在交货表里找一个还有交货数量的．并且和ｂ；的颜色切换时间最小的定单安排上去，直到安排满。

２．３ｌ禁忌搜索算法

禁忌搜索算法是由Ｇｌｏｖｅｒ在１９８６年提出的，其基本的思想是：给定一个初始解和一个临域，然后在当前鳃的临域中确定若干候选解：若最佳候选解对应的目标值优于当前最优解状态，则忽视其禁忌特性，用其代表当前解和最优解状态，并将相应的对象加入禁忌表（用于记录候选解禁忌属性的表），同时修改禁忌表中各对象的任期；若不存在上述候选解，则在候选解中选择未被禁忌的最佳状态为新的当前解．而无视它与当前解的优劣，同时将相应的对象加入禁忌表．并修改禁忌表中个对象的任期；如此重复上述搜索过程直至满足停止准则。在本文中，禁忌搜索算法的各项参数如下：

１）解的编码。解的编码淑膨ｔ，膨ｚ，膨，，．．．蟛。膨¨…，膨ｖ），膨是指注塑机的编号，总共有Ｎ个定单。膨可以等于膨＋－。例：假设

有１０个定单，５条注塑生产线，这定单编码为：定单号：ｌ，２，３，４，５，６，７，８，９，１０编码为：３，４，５，１，１，２，２，３，４，５。编码表示为：１号定单安排在注塑线３上，２安排在注塑线４上，依次类推。

２）禁忌对象，禁忌表。禁忌对象为ＴＡｉｉ＝（ｏ；Ｊｊ＇ｘ）ｉ＝ｌ…２．．，Ｎｉｊ＝

ｌ，２，．．．Ｍ；表示为定单ｉ不能选择注塑生产线ｊ，禁忌的大小为ｘ。

壹

Ｓｋ：第ｋ条注塑线上的定单

Ｏｋ：第ｋ条注塑线上的定单加工顺序

禁忌表为一个矩正ＴＡ＝［Ｘｒａ门，例：禁忌表的形式如下所示：

一５６—３６０元，年邮局订阅号：８２－９４６

丌转第１８页）

控制管理

！！！！曼曼曼曼！曼曼！曼！！曼！曼曼曼曼！！！！！！！！曼曼曼曼曼曼！曼兰皇！！曼曼曼曼！曼皇Ｉ皇！！！！曼曼曼寡皇曼！曼曼曼舅！！！！！皇曼！曼曼曼鼍曼詈曼皇鼍罡曼皇

属性的权重变化较大，一般均需实时确定并调整。（－上接第５６页）

表１与订单调度有关的部分对象及属性

对象

属性

ＢｉｌｌＰｅｒｉｏｄＢｉｌｌＮｕｍ

中文核心期刊《微计算机信息＞（管控一体＇Ｐ６）２００８年第２４卷第２－３期

３仿真结果

本文所设计的注塑生产线的生产调度算法已经在计算机上采用ｄｅｌｐｈｉ编程实现，并应用到了作者开发的注塑生产调度系统中，系统运行结果表明该算法运行结果良好。

含义

订单交货期订购数量订单金额订购商类别订单加急值工艺流程生产能力物料状况供应状况

Ｂｉｌｌ（订印单）ＢｉｌｉＭｏｎｅｙＢｉｌｌＣｌａｓｓＢｉｌｌＵｒｇｅｎｔ

４结论

在算法的第一步中，首先为了满足定单交货期而利用了禁忌搜索算法对定单进行初始排产。由于禁忌算法具有灵活的记忆功能和藐视准则，并且在搜索过程中可以接受劣解，所以具有较强的爬山能力，搜索时能够跳出局部最优解，转向解空间的其他区域，从而增强获得更好的全局最优解的概率。但是禁忌搜索算法对于初始解的依赖性很强。一个好的初始解可使禁忌搜索算法在解空间中搜索到更好的解，而一个差的初始解则会降低禁忌搜索算法的收敛速度，搜索到的解也相对较差。在

Ｔｅｃｈ（工艺）Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ（生产）

ＴｅｃｈＰｒｏｃｅｄｕｒｅＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣａｐａｃｉｔｙＭａｔｅｒｉａｌＳｔａｔｕｓＰａｒｔＳｔａｔｕｓ

Ｓｕｐｐｌｉｅｒ（供应商）

附注ａ：ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣａｐａｃｉｔｙ、ＭａｔｅｒｉａｌＳｔａｔｕｓ分别为能力需求计划（ＣＲＰ）、物料需求计划（ＭＲＰ）反馈信息。

结论

ＰＨＭＩＳ的设计和开发是针对目前我国中小型印刷企业面临的的突出问题而进行的，具有极强的针对性。系统原形已经在成都某印刷企业上线运行，系统搭建的数字化平台极大的提升了企业的效率，提高了企业核心竞争力：系统上线四个月，将订单及时率从４６．５％提高到８２．６％，客户满意度提高了３６个百分点；同时降低了企业运营成本和员工的工作强度。

本文作者创新点

作为中国印刷行业的最大组成部分，中小型印刷企业信息化直接关系到整个行业信息化的进程。本文抽象了中小型印刷企业的通用业务流程，系统具有典型的行业特色和广泛的适应性；采用并改良了应用于离散制造行业的柔性产能调度算法，大幅提高了生产效率。参考文献

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２０００

实际运用中，作为算法的输入的初始解，由有经验的排产人员来进行构造。

在第二步，在实际的操作中也可以采用比较灵活的方法。排产人员直接在第一步的基础上进行后面的排产，这样排产柔性更大，可以减少算法执行的时间。

本文作者创新点：由于调度环境的多样性、复杂性、特殊性以及特定行业的需要性，需要对不同类型的制造系统开发专有的调度系统．而对于混合注塑生产过程还没有对应的调度系统，因此，’本文对于面向注塑企业混合生产过程的生产调度的算法研究将填补其空白，并最终形成具有自主知识产权的系统。参考文献

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［５１ｔ凌．智能优化算法及其应用．北京：清华大学出版社．１９９９．作者简介：刘忠耀（１９８２一），男，江西吉安人，广东工业大学机械电子专业在读硕士研究生，主要研究方向：生产调度；彭重嘉（１９６８一）男，贵州遵义人广东工业大学讲师博士生从事生产调度优化研究．伍乃骐（１９４９一）男，江西吉安人，广东工业大学机电学院教授，博士生导师，博士，主要从事生产计划，调度，离散事件系统。信息安全等研究

Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｏｆ

ａｎｄ

［４】杨赞国，高敬惠．基于Ｃ／Ｓ模式网络信息管理系统设计与实现明微计算机信息２００５．１１：２７－２９。

作者简介：夏研（１９８１一），男，黑龙江人，电子科技大学机电学院，硕士，主要从事制造业信息化研究；李辉（１９６３一），男，四川成都人，电子科技大学机械电子工程学院教授，博士，主要从事制造业信息化研究，现任电子科大机电一体化研究所所长、四川省制造业信息化专家组成员。

Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＸｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ｏｆ

Ｙａｎ

（１９８１一），Ｍａｌｅ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ

Ｓｃｉｅｎｃｅ

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ

Ｃｈｉｎａ，

Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＬｉｕＺｈｏｎｇｙａｏ（１９８２一）ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ａｎｄ

ｏｆ

Ｍａｌｅ，

Ｊｉａｎｇｘｉ

ｉｎ

Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，

Ｍａｓｔｅｒ，ＥＲＰ；Ｌｉ

Ｈｕｉ（１９６３一），Ｍａｌｅ，Ｓｉｃｈｕａｎ

ＭＥ，

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ｏｆ

Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａｓｔｅｒ，Ｍａｊｏｒ

Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ

ｉｎ．Ｓｃｈｏｏｌ

ｏｆ

Ｓｃｉｅｎｃｅ

ａｎｄ

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＲｅｓｅａｒｃｈｉｎＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｃｈｅｄｕｌｅ：

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｄｏｃｔｏｒ，ＥＲＰ．

（５１０００６广东广州广东工业大学机电学院）刘忠耀彭重嘉伍乃骐（Ｍｅｃｈａｎｉｃ

ａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ

（６１００５４四川成都电子科技大学机械电子工程学院）夏研李辉

（Ｓｃｈｏｏｌ

ｏｆ

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＧｕａｎｇＯｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ

ＭＥ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｍｍｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ）ＬｉｕＺｈｏｎｇ－ｙａｏ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ｏｆＣｈｉｎａＣｈｅｎｇｄｕＳｉｃｈｕａｎ６１００５４）ＸｉａＹａｎ

Ｌｍｌｌｉ

Ｐｅ呜Ｃｈｏｎｇ－ｊｉａＷｕ

通讯地址：（５１０００６２号楼６１６）刘忠耀

Ｎａｉ－ｑｉ

通讯地址：（６１００５４四川成都‘电子科技大学机械电子工程学院）夏研

～

广东广州广州大学城广东工业大学工学

（收稿日期：２００７．１１．２３）（修稿日期：２００８．１．０５）

一１８—３６０元，年邮局订阅号：８２—９４６

（收稿１３期：２００７．１１．２３）渗稿日期：２００８．１．０５）

基于禁忌搜索算法的生产调度

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

刘忠耀， 彭重嘉， 伍乃骐， LIU ZHONGYAO， PENG CHONGJIA， WU NAIQI广州,广东工业大学机电学院,广东,510006微计算机信息

CONTROL & AUTOMATION2008,24(6)1次

参考文献(5条)

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9ov1.html