启发式算法求解车间生产资源调度与分配问题

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车间生产资源调度与分配问题属于资源约束下的项目调度问题(RCPSP)的一个变种,在生产资源紧缺和人力资源紧缺的前提下,如何最优化生产资源配置、人力资源配置以及各种生产任务下的调度方案,保证有充分能力完成各项生产任务,就是这一优化问题的主要内容。解决这一问题,可以大幅节约时间、空间、软硬件以及人力成本,具有一定的理论意义和实用价值。针对车间生产资源调度与分配问题本文提出了两种启发式算法。首先对车间生产资源调度与分配问题进行需求分析,建立混合整数规划模型,并调用数学规划求解器(Gurobi)获得精确解作为评价指标。此外本文提出了两种高效的启发式算法。第一种算法是遗传算法,该算法通过轮盘赌算法筛选出父代,通过单点交叉算子和变异算子生成新的个体,最后通过修复算子得到合法子代。第二种算法是基于判定的禁忌搜索算法,该方法包含两种邻域动作,第一种邻域动作考虑将其中某一台生产机器删除,然后在被保留下来的机器集合上面进行任务调度,以此生成一个邻域解;第二种邻域动作考虑从空闲的生产机器集合中挑选一个生产机器,用于替换某个当前正在被使用的生产机器,然后在新的生产机器集合上进行任务调度,以此生成一个合法邻域解。本文根据工序之间的前置约束与生产流程中工序执行顺序及典型执行时间,生成了测试算例集,并对启发式算法和混合整数规划模型进行对比测试。实验结果表明,本文提出的遗传算法在绝大多数算例集上能够求得问题的最优解,其求解速度相比混合整数规划模型有明显提升;此外,本文提出的基于判定的禁忌搜索算法在所有算例集上均能求得问题的最优解,与对比算法相比求解速度最快。
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