基于NEM的置换流水车间调度算法

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,ڶ*'W&j	޶+&)1!jx˛.o.n/칻.o캟cD3iNwi_駝y駃D0R?i_Z方案:[0.82, 0.23, 0.45, 0.74, 0.87, 0.11,0.56, 0.69, 0.78],其中,编码中的位置代表工件,处在位置的随机数代表工件的排列顺序。将这些随机数按照升序(工件的加工顺序)进行排列,可得下面的排序:8-2-3-6-9-1-4-5—7。这种编码方式可以消除NEM算法在求解过程中产生的不可行解。

随机键与工件排序的转换方式如图2所示。首先将搜索到的粒子进行随机键转换,然后计算其适应值,接着再进行粒子的合力计算和移动操作,最后将移动后得到的粒子再进行随机键转换,进入下一轮的循环。

4 算法设计与实现

通过随机键编码方式的引入,将离散型工件排序编码转变成NEM算法可直接使用的连续型编码。将总的完工时间看作目标函数,其值越小,则解的适应度值就越高。使用随机方式初始化种群粒子,当算法迭代次数到达预先设定的某个值时自动停止。算法的局部搜索采用最简单的方式一仅对最优粒子采取局部搜索。在规定的最大迭代次数内,对当前最优粒子的每一维随机均匀地按照一定步长进行局部搜索。在此过程中,如果找到更优的解,则用其替换当前最优粒子。基于NEM的PFSP算法的流程如图3所示。

5 实验结果与分析

实验选取29个应用广泛的Benchmark问题进行性能测试,并与传统GA和NEH作比较。这29个Benchmark问题指Carlier( 1978)提出的8个算例Carl,Car2,…,Car8和Tailland( 1993)提出的21个算例Rec01,Rec03,…,Rec41。NEM和GA分别对每个算例独立运行20次,最大迭代次数均设为300,粒子数均设为30。实验仿真结果如表1所示。表中,m和n分别表示机器数和工件数,c*表示问题的最优解,RE表示与最优解c*的相对误差(c heu max- c*)xl00%,BRE为最优相对误差,ARE为平均相对误差。

从表1可以看出,加入变异操作改进后的NEM算法具有很好的优化质量。尤其对Carlier系列问题,均能得到已知最优解,ARE也都小于GA。对Tailland系列问题也能够得到良好的近似最优解,且质量明显优于方法GA和NEH,甚至NEM的最差结果都远远优于NEH方法。由此可见,经过改进的NEM算法在优化质量方面相对于方法NEH和GA具有很大的优越性。

6 实例

某SMT生产线由高速贴装机HS60和多功能贴装机80F5组成,产品设计为单面贴装。待贴装元器件共有42种,根据封装形式和组装精度分别将这些元器件分配给HS60和80F5。分配给HS60的元器件为1~16,17~23必须分配到80F5上组装,而24~42则两者皆可。现需对24~42共计19种元器件进行EM算法优化分配,要求总的贴装时间最小,并且两种贴装机的贴装时间差不大于0.35s。42种元器件的贴装机分配、貼装时间以及数量见表2-表4。

通过NEM算法的优化,所求得最优解为:(1,1,0,1,0,0,1,0,1,0,1,1,0,1,1,1,1,1,1)和(1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,1,1,0,0,1,1,0,1,1),求解过程中获得了两个最优解。两个最优解的总贴装时间都是30.22s,THS60=15.26s,T80ES=15.26s,实际贴装时间差为ξ= 0.30s,符合生产线平衡的要求。

7 结束语

针对EM算法不能直接被用来解决流水车间调度这类离散型优化问题的情况,通过引入随机键的编码方式将工序编码方式进行了转换,然后在NEM算法的基础上增添了变异操作从而对算法进行了改进,最后将改进后的NEM算法应用于解决离散型的流水车间调度问题。实验仿真结果表明,改进后的NEM算法成功地解决了流水车间调度问题。

参考文献

[1]刘敏,张超勇,张国军,等,基于混合粒子群优化算法的置换流水车间调度问题研究[J].中国机械工程,2011,22(17): 2048-2053.

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[3]姜建国,王双记,刘永青,等,一种实用的类电磁机制算法[J].西安电子科技大学学报,2013(02):48-53.

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