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基于改进遗传算法的柔性流水车间调度研究

徐嘉琦 田野

徐嘉琦, 田野. 基于改进遗传算法的柔性流水车间调度研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 181-187. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.028
引用本文: 徐嘉琦, 田野. 基于改进遗传算法的柔性流水车间调度研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 181-187. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.028
XU Jiaqi, TIAN Ye. Improved genetic algorithm for flexible flow shop scheduling[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 181-187. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.028
Citation: XU Jiaqi, TIAN Ye. Improved genetic algorithm for flexible flow shop scheduling[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 181-187. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.028

基于改进遗传算法的柔性流水车间调度研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.028
详细信息
    作者简介:

    徐嘉琦,男,1999年生,硕士研究生,研究方向为群智能算法在车间调度问题上的应用。E-mail:1261186782@qq.com

    通讯作者:

    田野,男,1979年生,博士,讲师,硕士研究生导师,主要研究方向为群智能算法优化和数据挖掘。E-mail:tian_ye@cust.edu.cn

  • 中图分类号: TP301.6

Improved genetic algorithm for flexible flow shop scheduling

  • 摘要: 针对最小化最大完工时间的柔性流水车间调度问题,文章提出了多目标选择的改进的遗传算法(MTGA),设计了针对该问题的一维的编码与解码方法,采用对立的方法进行种群的初始化。针对遗传算法,交叉操作进行整个工序的交叉向最优解靠拢加快了算法的收敛速度,变异操作中对所有的工序操作顺序进行整体变异,选择操作将种群分成多份做到向多个较优解靠拢,扩大了算法的搜索范围,降低了陷入局部最优的概率,并应用了两套交叉和变异概率增加算法灵活性。通过多个已有算法进行对比验证了算法的有效性。

     

  • 图  1  柔性流水车间调度

    图  2  MGTA算法流程图

    图  3  染色体编码

    图  4  对立方法

    图  5  交叉操作

    图  6  优化变异操作

    图  7  片段选取

    图  8  靠拢方式

    图  9  算例20-10-6收敛曲线

    图  12  算例15-10-4收敛曲线

    图  13  算例10-5-1甘特图

    图  10  算例20-10-5收敛曲线

    图  11  算例20-10-4收敛曲线

    表  1  工作时间

    工件 工序
    S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9
    J1 61 77 82 17 104 96 56 58 29
    J2 89 28 29 52 103 98 45 76 36
    J3 55 103 58 89 5 10 21 16 87
    J4 66 31 61 60 35 83 62 56 48
    J5 66 84 62 77 59 60 49 62 15
    J6 39 51 83 75 95 101 69 165 91
    J7 80 80 36 77 53 97 15 48 91
    J8 45 96 92 58 35 28 67 47 42
    J9 72 60 48 35 68 71 84 36 47
    J10 75 63 28 94 48 29 57 61 12
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    表  2  运算结果

    序号 算法名称
    MTGA NSAGA CAPSO WOA- LFDE GGA
    ex1 920 919 928 932 921
    ex2 923 934 922 934 923
    ex3 919 945 919 926 922
    ex4 923 931 937 932 931
    ex5 919 940 940 923 921
    ex6 935 933 938 920 926
    ex7 922 934 935 939 929
    ex8 920 932 926 923 922
    ex9 923 932 948 924 919
    ex10 919 926 932 933 932
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    表  3  算法的ARPD

    算法 MTGA NSAGA CAPSO WOA-LFDE GGA
    ARPD 0.359 1.480 1.469 1.045 0.609
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    表  4  机器数量类型汇总

    索引 机器数量
    1 33 133
    2 13 333
    3 33 233
    4 3 333 133 333
    5 1 333 333 333
    6 3 333 233 333
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    表  5  大规模实验结果

    exp MTGA NSAGA CAPSO WOA-LFDE GGA
    $ {{C}}_{\rm{a}\rm{v}\rm{e}} $(Std) $ {{C}}_{\rm{m}\rm{i}\rm{n}} $ $ {{C}}_{\rm{a}\rm{v}\rm{e}} $(Std) $ {{C}}_{\rm{m}\rm{i}\rm{n}} $ $ {{C}}_{\rm{a}\rm{v}\rm{e}} $(Std) $ {{C}}_{\rm{m}\rm{i}\rm{n}} $ $ {{C}}_{\rm{a}\rm{v}\rm{e}} $(Std) $ {{C}}_{\rm{m}\rm{i}\rm{n}} $ $ {{C}}_{\rm{a}\rm{v}\rm{e}} $(Std) $ {{C}}_{\rm{m}\rm{i}\rm{n}} $
    10-5-1 588(0) 588 588(0.4) 588 589(2.7) 588 589(1.4) 588 588(0) 588
    10-5-2 581(0) 581 581(0) 581 581(0) 581 581(0) 581 581(0) 581
    10-5-3 401(6.7) 393 418(17) 415 413(3.9) 406 416(1.2) 416 406(8.8) 397
    15-5-1 843(1.2) 843 851(1.7) 848 848(2.9) 845 847(4.9) 843 846(1.0) 845
    15-5-2 685(0) 685 685(0) 685 685(1.2) 685 685(0) 685 685(0) 685
    15-5-3 497(6.6) 492 519(5.0) 514 511(6.0) 505 518(2.2) 517 506(7.0) 502
    15-10-4 1119(0.5) 1119 1134(5.7) 1127 1145(7.8) 1137 1132(8.2) 1122 1130(9.1) 1122
    15-10-5 1087(0) 1087 1087(0) 1087 1089(2.8) 1087 1087(0) 1087 1087(0) 1087
    15-10-6 830(9.1) 822 868(7.8) 859 858(16.7) 838 840(9.6) 843 840(9.0) 828
    20-10-4 1166(2.3) 1164 1183(9.4) 1171 1199(17.7) 1190 1185(10.4) 1175 1171(11.9) 1165
    20-10-5 1205(1.0) 1204 1215(6.6) 1206 1220(1.2) 1220 1223(10.0) 1206 1210(7.1) 1204
    20-10-6 918(18.3) 877 957(8.5) 940 945(7.3) 936 941(12.9) 916 925(10.9) 907
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  • 录用日期:  2024-01-11
  • 修回日期:  2023-11-08

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