基于禁忌搜索算法的生产调度
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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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【2】钱晓龙,唐立新,刘文新.动态调度的研究方法综述阴控制于决策2001
[3】萨师煊,王珊.数据库系统概论[J】.北京:高等教育出版社,
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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2.曹承煜;李人厚;攀健 车间调度算法的研究和开发[期刊论文]-控制理论与应用 2000(01)3.乔卫义;李铁克 生产调度系统中的XML通讯模型及实现[期刊论文]-微计算机信息 2005(07)4.刘清海;赵文清 禁忌搜索离散优化技术[期刊论文]-起重运输机械 2001(05)5.王凌 智能优化算法及其应用 1999
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1. 潘全科.朱剑英.Pan Quanke.Zhu Jianying 一类解决Job Shop问题的禁忌搜索算法[期刊论文]-中国机械工程2006,17(5)
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8. 朱永利.陈英伟.韩凯.ZHU Yong Li.CHEN Ying Wei.HAN Kai 基于改进的遗传禁忌搜索算法求解电力线路最佳抢修路径[期刊论文]-微型机与应用2009,28(6)
9. 邓泽林.黄文奇.周立刚 求解车间作业调度问题的快速禁忌搜索算法[期刊论文]-华中科技大学学报(自然科学版)2003,31(11)
10. 宋晓宇.朱云龙.尹朝万.李富明.SONG Xiaoyu.ZHU Yunlong.YIN Chaowan.LI Fuming 求解模糊Job Shop调度问题的改进禁忌搜索算法[期刊论文]-沈阳建筑大学学报(自然科学版)2006,22(5)
引证文献(1条)
1.于继江 一种新型的变领域搜索算法[期刊论文]-通信技术 2011(9)
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