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一种基于改进NSGA-II的多目标绿色柔性作业车间调度方法

郑锦灿 邵立珍 雷雪梅

郑锦灿, 邵立珍, 雷雪梅. 一种基于改进NSGA-II的多目标绿色柔性作业车间调度方法[J]. 制造技术与机床, 2023, (1): 145-152. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.024
引用本文: 郑锦灿, 邵立珍, 雷雪梅. 一种基于改进NSGA-II的多目标绿色柔性作业车间调度方法[J]. 制造技术与机床, 2023, (1): 145-152. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.024
ZHENG Jincan, SHAO Lizhen, LEI Xuemei. A multi-objective green flexible job shop scheduling method based on improved NSGA-II algorithm[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (1): 145-152. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.024
Citation: ZHENG Jincan, SHAO Lizhen, LEI Xuemei. A multi-objective green flexible job shop scheduling method based on improved NSGA-II algorithm[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (1): 145-152. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.024

一种基于改进NSGA-II的多目标绿色柔性作业车间调度方法

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.024
基金项目: 国家自然科学基金面上项目(12071025);佛山市科技创新专项资金项目(BK20AE004)
详细信息
    作者简介:

    郑锦灿,男,1998年生,硕士研究生,研究方向为任务调度算法优化。E-mail:812615288@qq.com

    通讯作者:

    雷雪梅,女,1972年生,高级工程师、博士,研究方向为数据治理、数据分析、数据挖掘。E-mail:xmlei@ustb.edu.cn

  • 中图分类号: TH165, TP18

A multi-objective green flexible job shop scheduling method based on improved NSGA-II algorithm

  • 摘要: 针对多目标绿色柔性作业车间调度问题,建立了以最小化最大完工时间、总负荷和总能耗为优化目标的多目标优化模型,提出了一种带有自适应交叉变异算子和学习机制的改进NSGA-II多目标优化算法。该算法通过机器和工序的两级编码机制,使用基于全局、局部和随机选择的非支配排序选择策略得到初始种群;采用具有自适应算子的混合交叉变异策略进行迭代,提高算法的全局搜索能力;引入分布函数来改进精英保留策略提高种群的多样性;通过学习机制进行邻域搜索提高算法的局部搜索能力。最后,采用基准测试算例Brandimarte以及Kacem数据集对算法进行测试,结果表明采用改进的NSGA-II算法求解多目标绿色柔性作业车间调度问题具有求解精度高、收敛速度快以及解集多样性好的优点。

     

  • 图  1  改进NSGA-II算法流程图

    图  2  MSOS编码示意图

    图  3  IPOX交叉示意图

    图  4  MPX交叉示意图

    图  5  第一种条件下的改进精英保留策略

    图  6  第二种条件下的改进精英保留策略

    图  7  学习机制示意图

    图  8  INSGA-II和NSGA-II完工时间进化过程

    图  9  INSGA-II和NSGA-II瓶颈机器负荷进化过程

    图  10  INSGA-II和NSGA-II总负荷进化过程

    图  11  环境友好型决策调度甘特图

    表  1  符号定义表

    符号含义
    n工件数量
    m机器数量
    $ {n}_{i} $工件i包含的工序数
    $ {O}_{i,j} $工件i的第j道工序
    $ {J}_{i} $工件i的工序总和
    h工序的序号
    $ {M}_{i,j} $工序$ {O}_{i,j} $的可选机器集
    $ {t}_{i,j,k} $工序$ {O}_{i,j} $在机器k上的加工时间
    $ {s}_{i,j} $工序$ {O}_{i,j} $的加工开始时间
    $ {f}_{i,j} $工序$ {O}_{i,j} $的加工完成时间
    ${C}_{{\rm{max}}}$所有工件的总完工时间
    M一个非常大的正数
    $ {e}_{i,j,k} $工序$ {O}_{i,j} $在机器$ {M}_{k} $上单位时间加工能耗
    $ {p}_{k} $机器$ {M}_{k} $在空载情况下的单位时间能耗
    $ {f}_{1}\left(x\right) $完工时间
    $ {f}_{2}\left(x\right) $机器总负荷
    $ {f}_{3}\left(x\right) $总能耗
    $ {f}_{4}\left(x\right) $瓶颈机器负荷
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    表  2  MK01算例对比表

    算法INSGA-IINSGA-II
    非支配解个数84
    解集重复情况较少重复解大量重复解
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    表  3  Kacem算例结果对比表

    算例目标INSGA-IIPCPMBBNSGA-II
    8*8F1151616171615161517141716
    F2131112111213111311101513
    F3737775757876827375787379
    10*10F187789879
    F266575678
    F34142434443414341
    15*10F116121311111215
    F210101011101112
    F391939395989193
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    表  4  MK04算例Pareto最优解集表

    序号f1f2f3序号f1f2f3
    1118333402.71399340390.6
    2112337391.81498336396.8
    3112336392.61598337396
    41113344041693343387.3
    5111333404.81793342388.1
    6106340388.51892339393.5
    7106339389.31992340392.7
    8105337393.92091345385
    9105336394.72191346384.2
    10104333408.12286342390.2
    11100343385.22386343389.4
    1299339391.42485339396.6
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2022-07-26

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