摘要為了提高企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度過程中的物料流程混亂、設(shè)備負(fù)荷不均衡的問題，研究了如何將遺傳算法應(yīng)用到實(shí)際的混合流水調(diào)度問題當(dāng)中。并通過某汽車發(fā)動機(jī)廠的混合流水調(diào)度例子進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞生產(chǎn)調(diào)度物料流程遺傳算法混合流水調(diào)度

中圖分類號:TH18文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

1 引言

隨著生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大、復(fù)雜性越來越高、對資源的需求量急劇上升、市場競爭也越來越激烈，對企業(yè)的管理和生產(chǎn)過程的監(jiān)控都提出了更高的要求。許多企業(yè)的機(jī)械加工車間在生產(chǎn)調(diào)度與管理的手段上，仍停留在人工管理階段，為了保證生產(chǎn)高效穩(wěn)定運(yùn)行，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，需將遺傳算法這類先進(jìn)的優(yōu)化技術(shù)引入到生產(chǎn)過程監(jiān)控當(dāng)中。

2 混合流水調(diào)度

2.1 問題模型

混合流水調(diào)度(hybrid flow-shop scheduling problem，HFSP)是傳統(tǒng)流水車間調(diào)度(Flow Shop Scheduling Problem，F(xiàn)SP)問題的一種推廣。該問題可描述如下②:n個工件在流水線上進(jìn)行m個階段的加工，每一階段至少有一臺機(jī)器且至少有一個階段存在多臺機(jī)器，并且同一階段上各機(jī)器的處理性能相同，在每一階段各工件均要完成一道工序，各工件的每道工序可以在相應(yīng)階段上的任意一臺機(jī)器上加工，已知工件各道工序的處理時間，要求確定所有工件的排序以及每一階段上機(jī)器的分配情況，使得調(diào)度指標(biāo)最小。

2.2 問題實(shí)例

某汽車發(fā)動機(jī)廠加工車間要加工12個工件，每個工件有車、刨、磨3個工序，現(xiàn)有3個車床(M1、M2、M3完成工序1)，2個刨床(M4、M5完成工序2)，4臺磨床(M6、M7、M8、M9完成工序3)，每臺機(jī)床的加工能力不同，具體加工時間如表1所示。

3 遺傳算法的編碼設(shè)計

對于HFSP調(diào)度問題，每一階段均要解決工件的排序以及并行機(jī)的分配。③④本文應(yīng)用了一種簡單易行的編碼方式，可由m個子排列聯(lián)合構(gòu)成染色體，其中每個子排列為所有工件的一個隨機(jī)完全排列，并且由個分隔符“*”將其分成段，每一子段表示該階段上某一臺并行機(jī)上的工件加工順序。顯然，多次重復(fù)上述染色體生成過程可產(chǎn)生多個不同的調(diào)度方案，進(jìn)而構(gòu)成遺傳算法的種群。

例如可將汽車發(fā)動機(jī)廠的HFSP問題可由染色體[ 1 3 7 11* 5 10 9 12* 4 6 2 8** 1 5 7 4 3 10 11 *6 8 2 9 12** 1 5 7 11 * 4 3 *6 12* 8 9 2 10 ]表示，所代表的含義為:機(jī)器1依次加工工件1，3，7，11;機(jī)器2依次加工工件5，10，9，12;機(jī)器3依次加工工件4，6，2，8;機(jī)器4依次加工工件1，5，7，4，3，10，11;機(jī)器5依次加工工件6，8，2，9，12;機(jī)器6依次加工工件1，5，7，11;機(jī)器7依次加工工件4，3;機(jī)器8依次加工工件6，12;機(jī)器9依次加工工件8，9，2，10。

4 實(shí)驗結(jié)果

實(shí)驗主要參數(shù)如表2所示，通過該參數(shù)對以上舉例的調(diào)度進(jìn)行遺傳算法運(yùn)算，得到表3所示的實(shí)驗結(jié)果，該結(jié)果為10次運(yùn)算得到最優(yōu)解時所用的迭代代數(shù)和迭代時間。另外還得到最優(yōu)染色體[9 10 6 3 * 11 5 1 * 7 2 4 12 8 ** 9 7 5 2 1 6 3 * 11 10 4 12 8 **7 5 10 6 8 * 4 * 9 2 12 * 11 1 3]，根據(jù)該染色體得到最優(yōu)調(diào)度時間為29。圖1為汽車發(fā)動機(jī)廠加工車間調(diào)度最優(yōu)甘特圖。⑤

5 結(jié)論

通過某汽車發(fā)動機(jī)廠的混合流水調(diào)度例子，驗證了遺傳算法可以在幾秒時間內(nèi)得到該問題的最優(yōu)調(diào)度解。因此在企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用該方法可以大大提高生產(chǎn)調(diào)度過程中資源配置和加工時間。