基于蝙蝠算法的生产调度问题研究

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3.0 侯斌 2024-11-19 4 4 1.15MB 49 页 15积分

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摘要

当今世界经济正处于快速发展的时代，制造业正值发展关键期，尤其部分发

展中国家，制造企业正处于快速扩张阶段，其中制造业的生产系统的核心是供应

链系统，而生产调度处于供应链系统的关键环节，对于生产调度的研究探索会对

供应链效率的提高，对于整个制造业的长期发展产生重大的影响。另外，由于其

具有较高的可移植性和广泛的工程应用背景，一直以来都是学术界和工程领域的

重点研究方向。传统算法求解这些 NP-hard 难题时时间呈指数级增长，表现出非常

差的适用性。然而近年来出现的很多仿生类智能算法在求解此类问题时，显示出

了非常强大的搜索能力和良好的应用效果，也因此许多研究者开始重点研究此类

算法的应用，本文蝙蝠算法是受蝙蝠捕食行为的启发而提出的智能仿生算法，在

求解连续的函数优化和离散的组合优化问题时显示出算法的可行性和有效性。

本文首先概述了生产调度的国内外研究现状，分类列出了生产调度问题的各

种研究方法和效果。阐述蝙蝠算法的应用领域，并总结了目前的算法在解决生产

调度问题时的局限性和不足以及探索方向。然后本文对蝙蝠算法本身进行了详细

描述，包括蝙蝠算法的仿生原理、数学描述、解决步骤以及实现语言等。在验证

蝙蝠算法相对其他两种算法具有优势的基础上，针对蝙蝠算法在解决离散型生产

调度问题时，存在传统群智能算法的后期收敛精度不高、易陷入局部最优的通病，

结合置换流水调度问题的特点，引入自适应惯性权重作用于蝙蝠的速度更新，以

提高算法的收敛速度；引入动态收缩搜索区域作用于蝙蝠的位置更新，以提高蝙

蝠搜索效率。实验结果表明改进后的蝙蝠算法明显提高了解的质量。

另外针对本文要解决的 JSP 问题等，以最小化最大完工时间为目标函数，结

合问题实际，我们改进了基本蝙蝠算法，并用 ROV 编码规则处理，取得了令人满

意的结果。本文还将蝙蝠算法和其他两种智能算法比较，验证得到蝙蝠算法在收

敛速度以及寻优能力上的优势。

最后，对本文的研究工作进行了总结，并探讨了蝙蝠算法的进一步研究方向。

关键词：蝙蝠算法置换流水线作业车间惯性因子动态收缩

ABSTRACT

Nowadays, the world economy is in the midst of the era of rapid development, the

manufacturing industry is also in the key develop stage, especially for some developing

countries, manufacturers are in a stage of rapid expansion, the supply chain system is

the core of manufacturing production system , and production scheduling is a key link

in the process of the supply chain system, exploring on the study of production

scheduling will improve the efficiency of the supply chain and have a great impact on

the long-term development of the manufacturing in the whole time. In addition, because

of its high portability and a wide range of engineering application background, has long

been a key research direction in the field of academia and engineering. Traditional

algorithm to solve the NP - hard problem when time exponentially, show the

applicability of the very poor. Appeared in recent years, however, many of the bionic

intelligent algorithms in solving such problems, the bat algorithm is inspired by the bat

feeding behavior and the intelligent bionic algorithm, in to solve continuous function

optimization and discrete combination optimization problems show the feasibility and

validity of the algorithm.

This article firstly summarized the research status of production scheduling,

classifies some research methods and effect of production scheduling problem,

expounds the application fields of the bat algorithm, and sums up the its limitations and

shortcomings, the paper described the bat algorithm itself in detail, including the bionic

principle, mathematical description and solution steps, as well as the implementation

language and so on. After verifying the bat algorithm’s advantage relieving to other two

kinds of algorithm, for its low convergence accuracy and it is easy to fall into local

optimum of common fault, according to the characteristics of the flow-shop scheduling,

adapting the inertia weight to the speed updating to speed, Introducing dynamic

contraction search area into the bats location updating, in order to improve the search

efficiency. The experimental results show that the modified algorithm has improved the

quality of results significantly.

For the job-shop problem, select minimizing the maximum completion time as the

target. As the problem features, we improved the basic bat algorithm, encoding it by

ROV rules and we achieved satisfactory results. Especially the car2 problem solving,

can almost be solved completely.

Finally, the article summarized the research work, and discussed the further

research direction of the bat algorithm.

Key Words: Bat Algorithm, PFSP, JSP, inertial factor dynamic

摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ................................................... 1

1.1 课题的来源、研究意义和目的 .............................. 1

1.1.1 课题的来源 ......................................... 1

1.1.2 课题的意义 ......................................... 1

1.1.3 课题的目的 ......................................... 2

1.2 国内外研究现状 .......................................... 2

1.2.1 生产调度问题的研究现状 ............................. 3

1.2.2 PFSP 的研究现状 .................................... 3

1.2.3 蝙蝠算法研究现状 ................................... 4

1.3 论文研究思路、内容和框架 ................................ 4

1.4 本章小结 ................................................ 6

第二章生产调度问题及其算法综述 ................................. 7

2.1 生产调度概念 ............................................ 7

2.2 生产调度的类别及特点 .................................... 7

2.3 生产调度问题的数学描述 .................................. 8

2.4 研究生产调度的主要方法 ................................. 10

2.4.1 精确法 ............................................ 10

2.4.2 近似法 ............................................ 11

2.5 本章主要内容总结 ....................................... 14

第三章蝙蝠算法简介 ............................................ 15

3.1 蝙蝠算法研究现状 ....................................... 15

3.2 蝙蝠算法的原理 ......................................... 15

3.2.1 蝙蝠的捕食方式 .................................... 15

3.2.2 回声定位的声学原理 ................................ 16

3.3 蝙蝠算法的数学描述 ..................................... 16

3.3.1 伪代码 ............................................ 16

3.3.2 速度、位置、频率、响度更新 ........................ 18

3.3.3 蝙蝠算法搜索步骤描述 .............................. 19

3.4 本章小结 ............................................... 20

第四章蝙蝠算法在置换流水线车间的应用 .......................... 21

4.1 引言 ................................................... 21

4.2 置换流水线车间调度的数学描述 ........................... 21

4.3 蝙蝠算法在置换流水线车间调度问题的应用 ................. 22

4.3.1 蝙蝠算法的部分改进 ................................ 22

4.3.2 编码规则 .......................................... 23

4.3.3 蝙蝠算法求解 PFSP 的流程 ........................... 24

4.4 仿真实例测试 ........................................... 25

4.5 算法参数分析 ........................................... 27

4.5.1 α的影响 .......................................... 27

4.5.2 γ的影响 .......................................... 28

4.6 本章内容总结 ........................................... 29

第五章蝙蝠算法在作业车间调度问题中的应用 ...................... 31

5.1 引言 ................................................... 31

5.2 作业车间调度问题的数学描述 ............................. 31

5.3 蝙蝠算法在作业车间调度问题的应用 ....................... 32

5.3.1 编码规则 .......................................... 33

5.3.2 算法的改进和初始化 ................................ 34

5.3.3 蝙蝠算法求解车间调度问题的步骤 .................... 34

5.4 仿真实验测试与结果分析 ................................. 35

5.5 本章小结 ............................................... 37

第六章总结与展望 .............................................. 38

参考文献 ........................................................ 40

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .................. 45

致谢 ........................................................ 46

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摘要当今世界经济正处于快速发展的时代，制造业正值发展关键期，尤其部分发展中国家，制造企业正处于快速扩张阶段，其中制造业的生产系统的核心是供应链系统，而生产调度处于供应链系统的关键环节，对于生产调度的研究探索会对供应链效率的提高，对于整个制造业的长期发展产生重大的影响。另外，由于其具有较高的可移植性和广泛的工程应用背景，一直以来都是学术界和工程领域的重点研究方向。传统算法求解这些NP-hard难题时时间呈指数级增长，表现出非常差的适用性。然而近年来出现的很多仿生类智能算法在求解此类问题时，显示出了非常强大的搜索能力和良好的应用效果，也因此许多研究者开始重点研究此类算法的应用，本文蝙蝠算法是受蝙蝠...

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