news 2026/7/14 13:47:29

用星鸦优化算法(NOA)攻克柔性作业车间调度问题(FJSP)

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张小明

前端开发工程师

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用星鸦优化算法(NOA)攻克柔性作业车间调度问题(FJSP)

利用星鸦优化算法(NOA)求解标准的柔性作业车间调度问题(Flexible job-shop scheduling problem, FJSP) 其中:main.m是主函数运行即可;NOA.m是算法的代码;colorplus.p是一个颜色补充包,用于获得甘特图的颜色配置;cheatsheet.png是colorplus.p颜色补充包中的颜色参考示范以及调用方法说明;gantt_chart.m用来绘制甘特图;objective.m是目标函数,即计算Makespan MK.xlsx是柔性作业车间调度问题(Flexible job-shop scheduling problem, FJSP)的经典测试集, 包括MK01, MK02, MK03, MK04, MK05, MK06, MK07, MK08, MK09, MK10 编码方法采用分段编码方式: MSOS, 由两部分组成: 机器选择部分(MS)和工序排序部分(OS);解码方法采用主动解码方式;具体原理可阅读PDF文件 输出结果包括:Makespan、所有工序的加工机器选择、工件加工排序、CPU计算时间、最优适宜度收敛曲线、平均适宜度收敛曲线、甘特图 利用NOA得到的\"MK01\"算例的调度结果甘特图演示如下(随机运行一次的结果):

在工业生产调度领域,柔性作业车间调度问题(FJSP)一直是个极具挑战性的难题。今天咱们就来聊聊如何利用星鸦优化算法(NOA)来求解这个经典问题。

整体架构与文件说明

咱们的项目里有几个关键文件:

  1. main.m:这就是主函数啦,运行它就能启动整个求解流程。就像一场演出的总指挥,它一声令下,各个环节开始运作。
  2. NOA.m:这里面写的就是星鸦优化算法的核心代码。星鸦在大自然中以存储和找回种子的能力著称,这种特性被转化为算法中的搜索策略,用来在复杂的解空间里寻找最优解。
  3. colorplus.p:这是个颜色补充包,专门为甘特图提供颜色配置。配合cheatsheet.png,能让甘特图颜色鲜明又美观。cheatsheet.png里详细说明了颜色参考示范以及调用方法,就像是一本色彩使用指南。
  4. gantt_chart.m:负责绘制甘特图,把调度结果以可视化的形式呈现出来,让我们对整个生产调度一目了然。
  5. objective.m:目标函数,用来计算 Makespan。简单理解,Makespan 就是整个生产任务从开始到结束的总时间,我们的目标就是通过算法找到最小的 Makespan。
  6. MK.xlsx:这可是个宝贝,包含了 FJSP 的经典测试集,像 MK01 - MK10 这些算例。

编码与解码方法

编码:分段编码方式(MSOS)

采用的是 MSOS 分段编码,它由两部分组成:机器选择部分(MS)和工序排序部分(OS)。比如说,假设有三个工件,每个工件有两道工序,每道工序有三种机器可选。那机器选择部分(MS)可能是[2, 1, 3, 1, 2, 3],代表第一道工序选机器 2,第二道工序选机器 1 等等;工序排序部分(OS)可能是[1, 2, 3, 4, 5, 6],表示工序的执行顺序。这种编码方式能有效表示复杂的调度方案。

解码:主动解码方式

解码的时候采用主动解码方式,具体原理大家可以阅读相关 PDF 文件。简单讲,就是按照编码的信息,一步步生成可行的调度计划。在实际代码实现中,可能会有类似这样的逻辑(伪代码示例):

function [schedule] = decode(encoding) ms = encoding(1:end/2); % 提取机器选择部分 os = encoding(end/2 + 1:end); % 提取工序排序部分 % 根据 MS 和 OS 生成调度计划 schedule = []; for i = 1:length(os) operation = os(i); machine = ms(operation); % 这里添加生成调度计划的具体逻辑,比如安排时间等 schedule = [schedule; operation, machine]; end end

这里通过先提取编码的不同部分,然后根据规则生成调度计划,就是主动解码的大致过程。

输出结果

利用 NOA 求解 FJSP 后,会输出一系列重要结果:

  1. Makespan:刚刚提到了,它代表整个生产任务的总时长,是衡量调度方案优劣的关键指标。
  2. 所有工序的加工机器选择:明确每道工序具体在哪个机器上加工,这对实际生产安排至关重要。
  3. 工件加工排序:工件的加工先后顺序,影响着整个生产流程的流畅性。
  4. CPU 计算时间:了解算法运行的时间成本,评估算法效率。
  5. 最优适宜度收敛曲线、平均适宜度收敛曲线:这两条曲线能让我们直观看到算法在迭代过程中的收敛情况,判断算法是否有效。
  6. 甘特图:以图形化方式展示生产调度,便于理解和分析。就像下面这个利用 NOA 得到的 “MK01” 算例的调度结果甘特图(随机运行一次的结果),能清晰看到每个工件的每道工序在什么时间、哪台机器上加工。

通过以上的架构、编码解码方法以及输出结果,利用星鸦优化算法(NOA)就能有效求解柔性作业车间调度问题(FJSP),为实际生产调度提供科学合理的方案。希望这篇博文能帮助大家对这个有趣又实用的项目有更深入的理解。

利用星鸦优化算法(NOA)求解标准的柔性作业车间调度问题(Flexible job-shop scheduling problem, FJSP) 其中:main.m是主函数运行即可;NOA.m是算法的代码;colorplus.p是一个颜色补充包,用于获得甘特图的颜色配置;cheatsheet.png是colorplus.p颜色补充包中的颜色参考示范以及调用方法说明;gantt_chart.m用来绘制甘特图;objective.m是目标函数,即计算Makespan MK.xlsx是柔性作业车间调度问题(Flexible job-shop scheduling problem, FJSP)的经典测试集, 包括MK01, MK02, MK03, MK04, MK05, MK06, MK07, MK08, MK09, MK10 编码方法采用分段编码方式: MSOS, 由两部分组成: 机器选择部分(MS)和工序排序部分(OS);解码方法采用主动解码方式;具体原理可阅读PDF文件 输出结果包括:Makespan、所有工序的加工机器选择、工件加工排序、CPU计算时间、最优适宜度收敛曲线、平均适宜度收敛曲线、甘特图 利用NOA得到的\"MK01\"算例的调度结果甘特图演示如下(随机运行一次的结果):

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