第 38 卷 第 3 期 自 动 化 学 报 Vol. 38, No. 3
2012 年 3 月 ACTA AUTOMATICA SINICA March, 2012
求解混合流水车间调度问题的分布估计算法
王圣尧
1
王 凌
1
许 烨
1
周 刚
1
摘 要 针对混合流水车间调度问题 (Hybrid flow-shop scheduling problem, HFSP) 的特点, 设计了基于排列的编码和解
码方法, 建立了描述问题解空间的概率模型, 进而提出了一种有效的分布估计算法 (Estimation of distribution algorithm,
EDA). 该算法基于概率模型通过采样产生新个体, 并基于优势种群更新概率模型的参数. 同时, 通过实验设计方法对算法参数
设置进行了分析并确定了有效的参数组合. 最后, 通过基于实例的数值仿真以及与已有算法的比较验证了所提算法的有效性
和鲁棒性.
关键词 混合流水车间调度, 分布估计算法, 概率模型, 实验设计
DOI 10.3724/SP.J.1004.2012.00437
An Estimation of Distribution Algorithm for Solving Hybrid
Flow-shop Scheduling Problem
WANG Sheng-Yao
1
WANG Ling
1
XU Ye
1
ZHOU Gang
1
Abstract According to the characteristics of the hybrid flow-shop scheduling problem (HFSP), the permutation based
enco ding and decoding schemes are designed and a probability model for describing the distribution of the solution space
is built to propose an effective estimation of distribution algorithm (EDA) in this paper. It generates new individuals by
sampling based on the probability mo del and up dates the parameters of the probability mo del with the superior population.
Moreover, the influence of parameter setting is investigated based on design of experiment and suitable parameter values
are suggested. Simulation results based on some instances and comparisons with some existing algorithms demonstrate
the effectiveness and robustness of the proposed algorithm.
Key words Hybrid flow-shop scheduling (HFSP), estimation of distribution algorithm (EDA), probability model, design
of experiment
混 合 流 水 车 间 调 度 问 题 (Hybrid flow-shop
scheduling problem, HFSP)
[1]
最早是基于石化工
业背景提出的
[2]
. HFSP 具有很强的工程背景, 大
量生产、制造、装配、运输、合成过程中的调度问
题以及互联网服务、集装箱搬运等问题均可归结为
HFSP. HFSP 是传统流水车间调度与并行机调度的
综合, 具有流水作业和并行机的特征, 求解难度大,
即使是两阶段 HFSP 也是 NP-hard 问题
[3]
. 因此,
HFSP 的研究具有重要的学术意义和应用价值.
传统 HFSP 按并行机类型可分为三类: 1) 相同
并行机 HFSP
[4]
, 即每一阶段上同一工件在任一台并
行机器上的加工时间相同; 2) 均匀并行机 HFSP
[5]
,
收稿日期 2011-06-13 录用日期 2011-10-24
Manuscript received June 13, 2011; accepted October 24, 2011
国家自然科学基金 (61174189, 60834004), 高等学校博士学科点专项
科研基金 (20100002110014) 资助
Supported by National Natural Science Foundation of China
(61174189, 60834004), Doctoral Program Foundation of Institu-
tions of Higher Education of China (20100002110014)
本文责任编委 王红卫
Recommended by Associate Editor WANG Hong-Wei
1. 清华大学自动化系清华信息科学与技术国家重点实验室 北京
100084
1. Tsinghua National Laboratory for Information Science and
Technology, Department of Automation, Tsinghua University,
Beijing 100084
即每一阶段上同一工件在任一台并行机器上的加工
时间与该台机器的加工速度成反比; 3) 不相关并行
机 HFSP
[6]
, 即每一阶段上同一工件在任两台并行机
器上的加工时间互不相关, 而取决于工件与机器的
匹配程度. 本文讨论不相关并行机 HFSP.
HFSP 的求解方法早期主要是精确算法
[7]
和
启发式方法
[8]
. 精确算法在理论上能得到最优解,
但其计算时间难以接受, 通常只适于小规模问题.
启发式方法可在较短时间内构造解, 但难以保证
质量. 近年, 求解 HFSP 的智能方法得到了研究,
如遗传算法 (Genetic algorithm, GA)
[9]
、模拟退
火 (Simulated annealing, SA)
[10]
、禁忌搜索 (Tabu
search, TS)
[11]
、蚁群算法 (Ant colony optimiza-
tion, ACO)
[12]
、微粒群优化 (Particle swarm opti-
mization, PSO)
[13]
、人工免疫系统 (Artificial im-
mune system, AIS)
[14]
、蛙 跳 算 法 (Shuffled frog
leaping algorithm, SFLA)
[15]
等.
分布估计算法 (Estimation of distribution al-
gorithm, EDA)
[16]
是一种新颖的群体进化算法, 近
些年在最早的 EDA 模型 PBIL (Population based
incremental learning)
[17]
的基础上按模型的复杂度
和变量间的相互关系相继提出了变量无关 EDA、双