一种基于解空间的置换流水车间的控制方法及系统

本发明属于车间控制相关，更具体地，涉及一种基于解空间的置换流水车间的控制方法及系统。

背景技术：

1、置换流水车间调度问题是车间调度问题中的一个重要组成部分。通常定义为对于给定的一个序列，优化其中工件的排序从而使得目标函数的适应度值最高或者最低。一个好的序列方案可以让系统的效率得到大幅提升。但是，该问题也通常是一个典型的np-hard问题，当问题规模过大时，很难在有效的时间内找到合适的解决方案。

2、当前对车间调度问题的处理方法主要分为三种：精确算法、启发式算法、元启发式算法。精确方法是采用数学方法对其进行求解，例如线性规划等，启发式则是根据历史经验总结出的数学规律或者公式，例如neh等，元启发式是当前研究中采用较多的方法，通过在解空间内的随机搜索不断寻找新解，并依据新解的特征引导下一步的随机搜索过程，从而不断迭代，直到找到满意解。

3、当前这些方法虽然已经有了成熟的研究，并在各个领域得到了充分的应用，但是依然存在不足。精确算法在问题规模过大时通常无法求解，启发式算法的结果质量往往不能让人满意，而元启发式则由于其随机搜索的过程，导致容易陷入局部最优或者结果不稳定。因此需要对问题的特性进一步进行分析，从而找出更好的方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于解空间的置换流水车间的控制方法及系统，其旨在有效的对整个解空间进行搜索。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于解空间的置换流水车间的控制方法，该方法包括以下步骤：

3、s1，交换工件序列中相邻对象以形成邻域解，邻域解的距离为1，所有邻域解形成解空间；

4、s2，将解空间推广到三维空间，n个工件的pfsp解空间的几何构成为n！个顶点所组成的多面体，进而得到n趋近于∞时，n个工件的pfsp解空间的几何构成为球体；

5、s3，基于pfsp解空间的几何构成推导得到解空间内均布的初始解的计算公式，继而基于所述计算公式计算得到多个均布的初始解；

6、s4，将所有初始解的坐标转换为初始调度序列，对每个初始调度序列进行邻域搜索以得到置换流水车间调度方案。

7、进一步地，所述计算公式为：

8、

9、式中，n代表当前均布点的序号，n代表总共需要生成的均布点的个数；xn，yn，zn分别代表第n个均布解的三维空间坐标。

10、进一步地，将得到的初始解的空间坐标转换回二维的调度序列数组。

11、进一步地，当二维序列转换为三维空间时，每个顶点有n+1个相邻边，当转化回二维坐标时，选择其中前三个邻边作为基向量，将原有针对于球心的空间坐标，改写为该基向量下的坐标，通过新的基向量坐标，改变初始序列，得到各分布点的最终序列。

12、进一步地，所采用的邻域搜索的具体步骤为：

13、s11：获取关于机床、工件和工件加工时间的时间矩阵，生成工件的初始加工序列；

14、s12：交换相邻工件，若交换后目标函数变优，则进行交换；若不变或者变差，则不进行交换；

15、s13：将得到的新加工序列重复步骤s2的操作，直至交换所有相邻工件均无法缩短总加工时间，则输出当前邻域下的最优加工序列。

16、进一步地，对每个初始调度序列进行邻域搜索以得到当前邻域下的局部最优解，继而得到全局最优解，并生成置换流水车间调度方案。

17、本发明还提供了一种基于解空间的置换流水车间的控制系统，所述系统包括存储器及处理器，所述存储器储存有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时执行如上所述的基于解空间的置换流水车间的控制方法。

18、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现如上所述的基于解空间的置换流水车间的控制方法。

19、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的基于解空间的置换流水车间的控制方法及系统主要具有以下有益效果：

20、1.采用均布初始解加邻域搜索的方法，可以更加全面的覆盖到整个解空间，使得结果更加稳定，在面对大规模问题时，因为可以高效而不重复的尽量遍历解空间，所以不会出现重复搜索或者遗漏搜索区域的情况，使得求解的质量大幅上升。

21、2.所述控制方法能够对整个解空间进行搜索，使得搜索结果的可靠性更高，进而能够更好的实现置换流水车间的控制。

22、3.所述控制方法的适用性较好，有利于广泛使用。

技术特征：

1.一种基于解空间的置换流水车间的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于解空间的置换流水车间的控制方法，其特征在于：所述计算公式为：

3.如权利要求1所述的基于解空间的置换流水车间的控制方法，其特征在于：将得到的初始解的空间坐标转换回二维的调度序列数组。

4.如权利要求3所述的基于解空间的置换流水车间的控制方法，其特征在于：当二维序列转换为三维空间时，每个顶点有n+1个相邻边，当转化回二维坐标时，选择其中前三个邻边作为基向量，将原有针对于球心的空间坐标，改写为该基向量下的坐标，通过新的基向量坐标，改变初始序列，得到各分布点的最终序列。

5.如权利要求1所述的基于解空间的置换流水车间的控制方法，其特征在于：所采用的邻域搜索的具体步骤为：

6.如权利要求1所述的基于解空间的置换流水车间的控制方法，其特征在于：对每个初始调度序列进行邻域搜索以得到当前邻域下的局部最优解，继而得到全局最优解，并生成置换流水车间调度方案。

7.一种基于解空间的置换流水车间的控制系统，其特征在于：所述系统包括存储器及处理器，所述存储器储存有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时执行权利要求1-6任一项所述的基于解空间的置换流水车间的控制方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现权利要求1-6任一项所述的基于解空间的置换流水车间的控制方法。

技术总结
本发明属于车间控制相关技术领域，其公开了一种基于解空间的置换流水车间的控制方法及系统，包括以下步骤：S1，交换工件序列中相邻对象以形成邻域解，邻域解的距离为1，所有邻域解形成解空间；S2，将解空间推广到三维空间，n个工件的PFSP解空间的几何构成为n！个顶点所组成的多面体，进而得到n趋近于∞时，n个工件的PFSP解空间的几何构成为球体；S3，基于PFSP解空间的几何构成推导得到解空间内均布的初始解的计算公式，继而基于所述计算公式计算得到多个均布的初始解；S4，将所有初始解的坐标转换为初始调度序列，对每个初始调度序列进行邻域搜索以得到置换流水车间调度方案。本发明的搜索更加全面的覆盖到整个解空间。

技术研发人员：李新宇,黎阳,高亮,王翠雨
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/9