基于改进布谷鸟算法的铸造混合流水车间调度方法及系统

技术特征：
1.一种基于改进布谷鸟算法的铸造混合流水车间调度方法，其特征在于，包括：建立铸造混合流水车间的调度模型，所述调度模型用于表示总加工时间与铸件的加工顺序、铸件对应的加工机器以及铸件的组批方式之间的关系；生成初始种群；所述初始种群为序列组成的集合，所述序列包含铸件加工顺序、每一铸件对应的加工机器以及铸件的组批方式；根据个体的适应度值，将所述初始种群划分为优解子种群和劣解子种群；采用改进布谷鸟算法对所述优解子种群进行更新，得到第一更新子种群；所述改进布谷鸟算法是基于斯皮尔曼简捷相关系数距离对传统布谷鸟算法进行改进的算法；采用遗传算法中的交叉和变异操作对所述劣解子种群进行更新，得到第二更新子种群；根据所述调度模型，计算新种群中最大完工时间最小的个体，并判断是否满足迭代终止条件，若是，则根据所述最大完工时间最小的个体获得最优调度方法；否则，对所述新种群进行更新，并设置更新后的新种群为初始种群，返回步骤“根据个体的适应度值，将所述初始种群划分为优解子种群和劣解子种群”；所述新种群由所述第一更新子种群和所述第二更新子种群合并而成；所述最大完工时间为所有铸件的最后一道工序的完工时间最大值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用改进布谷鸟算法对所述优解子种群进行更新，具体包括：根据所述个体的适应度值，获取所述优解子种群中的最优个体；计算所述优解子种群中每一个体与最优个体之间的距离；判断所述距离是否小于设定的距离阈值，得到第一判断结果；若所述第一判断结果为是，则对所述距离对应的个体进行变异操作；若所述第一判断结果为否，则对所述距离对应的个体进行交叉操作。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调度模型包括目标函数和约束条件；所述约束条件包括单件加工阶段的约束条件和批处理加工阶段的约束条件；所述单件加工阶段的约束条件包括：每一铸件的每个阶段只能被一台加工设备加工；同一时刻一台加工设备只能加工铸件的一个阶段；每个铸件都必须按照其特定的工艺路线进行加工；铸件加工途中不能停止；所述批处理加工阶段的约束条件包括：一个铸件不能被同时分配到多个任务批次中；一个任务批次中的铸件数量小于设定数量阈值；一个任务批次只能在一台熔炼炉中进行熔炼；只有相同的材质才能组成一个批次；熔炼炉上进行加工的任务批次总重量不能超出该熔炼炉的最大容量，其中，任务批次的重量为该任务批次中的所有铸件重量之和；铸件加工途中不能停止；同一台熔炼炉中不同的任务批次具有先后顺序。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述新种群进行更新，具体包括：采用变邻域下降搜索算法对所述新种群进行更新。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：按以下编码规则对每一调度方法进行编码，得到每一调度方法对应的个体：所述编码规则包括：每一个体的编号包括铸件的类别编号、铸件的加工顺序、铸件对应的加工机器以及铸件的组批方式。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述根据所述调度模型生成初始种群之后，所述根据个体的适应度值，将所述初始种群划分为优解子种群和劣解子种群之前，所述方法还包括：对初始种群中个体的单件加工阶段和批处理加工阶段采用不同的解码方法进行解码；根据解码后的初始种群，计算个体的适应度值。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述单件加工阶段的解码方法包括：按照每一铸件前一阶段的完工时间，对所有铸件进行升序排序，得到第一任务序列；从所述第一任务序列中取出排在第一位的第一铸件，并将所述第一铸件从所述第一任务序列中删除；计算所述第一铸件在每一可选加工设备上加工的完工时间，得到第一完工时间，选取第一完工时间最小的加工设备为第一加工设备；判断所述第一加工设备是否唯一，得到第二判断结果；若所述第二判断结果为是，则将所述第一加工设备设定为所述第一铸件的最优加工设备；跳转至步骤“更新加工设备的累计加工时间”；若所述第二判断结果为否，则计算每一所述可选加工设备的累计加工时间，得到第二加工时间；选取所述第二加工时间最小的加工设备为第二设备；判断所述第二设备是否唯一，得到第三判断结果；若所述第三判断结果为是，则将所述第二设备设定为所述第一铸件的最优加工设备；跳转至步骤“更新加工设备的累计加工时间”；若所述第三判断结果为否，则从所述第二设备中随机选择一个设备为所述第一铸件的最优加工设备；更新加工设备的累计加工时间；判断所述第一任务序列中是否存在铸件，若是，则返回步骤“从所述第一任务序列中取出排在第一位的第一铸件”，否则，结束，获得初始种群中个体单件加工阶段的加工顺序以及对应的加工机器。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述批处理加工阶段的解码方法包括：按照每一铸件前一阶段的完工时间，对所有铸件进行升序排序，得到第二任务序列；从所述第二任务序列中取出排在第一位的第二铸件，并将所述第二铸件从所述第二任务序列中删除；判断是否存在合理任务批，得到第四判断结果；所述合理任务批为满足与所述第二铸件材质相同，且加工所述任务批的熔炼炉剩余容量大于所述第二铸件的理论重量的任务批；若所述第四判断结果为是，则将所述第二铸件插入到所述合理任务批中；否则，为所述第二铸件新建一个任务批；按照最早完工优先规则，为新建的任务批分配一台熔炼炉；判断所述第二任务序列中是否存在铸件，若是，则返回步骤“从所述第二任务序列中取出排在第一位的第二铸件”，否则，结束，获得初始种群中个体批处理加工阶段的组批方式。9.一种基于改进布谷鸟算法的铸造混合流水车间调度系统，其特征在于，包括：调度模块建立模块，用于建立铸造混合流水车间的调度模型，所述调度模型用于表示总加工时间与铸件的加工顺序、铸件对应的加工机器，以及铸件的组批方式之间的关系；初始种群获取模块，用于生成初始种群；所述初始种群为序列组成的集合，所述序列包
含铸件加工顺序、每一铸件对应的加工机器以及铸件的组批方式；种群划分模块，用于根据个体的适应度值，将所述初始种群划分为优解子种群和劣解子种群；优解子种群更新模块，用于采用改进布谷鸟算法对所述优解子种群进行更新，得到第一更新子种群；所述改进布谷鸟算法是基于斯皮尔曼简捷相关系数距离对传统布谷鸟算法进行改进的算法；劣解子种群更新模块，用于采用遗传算法中的交叉和变异操作对所述劣解子种群进行更新，得到第二更新子种群；最优调度方法获取模块，用于根据所述调度模型，计算新种群中最大完工时间最小的个体，并判断是否满足迭代终止条件，若是，则根据所述最大完工时间最小的个体获得最优调度方法；否则，对所述新种群进行更新，并设置更新后的新种群为初始种群，返回步骤“根据个体的适应度值，将所述初始种群划分为优解子种群和劣解子种群”；所述新种群由所述第一更新子种群和所述第二更新子种群合并而成；所述最大完工时间为所有铸件的最后一道工序的完工时间最大值。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述优解子种群更新模块具体包括：最优个体获取模块，用于根据所述个体的适应度值，获取所述优解子种群中的最优个体；距离计算子模块，用于计算所述优解子种群中每一个体与最优个体之间的距离；距离判断模块，用于判断所述距离是否小于设定的距离阈值，得到第一判断结果；若所述第一判断结果为是，则对所述距离对应的个体进行变异操作；若所述第一判断结果为否，则对所述距离对应的个体进行交叉操作。

技术总结
本发明涉及一种基于改进布谷鸟算法的铸造混合流水车间调度方法及系统。首先，建立铸造混合流水车间的调度模型；然后，生成初始种群；根据个体的适应度值，将所述初始种群划分为优解子种群和劣解子种群；采用基于斯皮尔曼简捷相关系数距离的改进布谷鸟算法对所述优解子种群进行更新，并采用遗传算法中的交叉和变异操作对所述劣解子种群进行更新，根据更新后的种群以及调度模型，获得最优个体，并判断是否满足迭代终止条件，若是则根据最优个体获得最优调度方法。本发明将初始种群划分为优解子种群和劣解子种群，并对优劣种群采取不同的进化策略，提升了算法的搜索能力，避免了随着迭代次数的增多，算法陷入局部最优解，提高了寻优能力。寻优能力。寻优能力。


技术研发人员：李西兴 王科 吴锐 赵庆庆 郭星
受保护的技术使用者：湖北工业大学
技术研发日：2022.10.26
技术公布日：2023/2/3