第 26 卷 第 12 期
Vol. 26 No. 12
控 制 与 决 策
Control and Decision
2011 年 12 月
Dec. 2011
带分批优化的多级批处理过程自组织调度方法
文章编号: 1001-0920 (2011) 12-1818-06
梁 涛
1,2
, 李歧强
1
(1. 山东大学 控制科学与工程学院,济南 250061;2. 山东电力工程咨询院有限公司,济南 250013)
摘 要: 针对一类带批次划分的多级批处理过程优化调度问题, 提出一种自下而上的自组织调度方法. 首先, 通过构
造与批处理生产过程中的订单、批次和设备相对应的自组织个体, 建立自组织调度模型框架; 然后, 分析多级批处理
调度问题的最优性质, 提出分批优化规则和自组织选择策略, 并在此基础上给出自组织优化调度算法; 最后, 通过调
度实例求解结果表明, 所提方法能在短时间内获得问题的最优解或近优解, 进而验证了该方法的有效性和优越性.
关键词: 分批优化;批处理;调度;自组织
中图分类号: TP391.9 文献标识码: A
Self-organizing approach to multistage batch scheduling with batching
optimization
LIANG Tao
1,2
, LI Qi-qiang
1
(1. School of Control Science and Engineering,Shandong University,Ji’nan 250061,China;2. Shandong
Electric Power Engineering Consulting Institute Corporation Ltd,Ji’nan 250013,China.Correspondent:LIANG
Tao,E-mail:liangtao@mail.sdu.edu.cn)
Abstract: A bottom-up self-organizing scheduling approach is presented to optimize a kind of scheduling problems with
batching optimization in multistage batch processes. Firstly, a self-organizing scheduling model framework is built up
by constructing kinds of self-organizing units associated with real-world orders, batches and equipment units in the batch
processes. The optimal properties of multistage batch scheduling problems are analyzed. Then, batching optimization rules
and self-organizing selection strategies are introduced in detail. Based on the strategies, a self-organizing optimal scheduling
algorithm is proposed for the given model. Finally, several examples are given and the computational results show that the
presented approach can obtain optimal solutions or near-optimal solutions in a short time, which verifies the effectiveness
and the superiority of the proposed approach.
Key words: batching optimization;batch process;scheduling;self-organization
1 引引引 言言言
多级批处理过程作为流程工业中一种典型的生
产形式, 在制药
[1]
、食品
[2]
和石油化工
[3-4]
等行业中得
到了广泛的应用. 它固有的灵活性决定了可通过合理
的调度达到增产降耗和节能减排等目的. 近年来, 国
内外学者针对多级批处理过程的调度方法作了大量
的工作, 并获得了很大的进展
[5-7]
. 然而, 绝大部分研
究都是假定调度问题中的批次数目是已知的, 而且是
固定的. 在实际生产中, 由于不同容量并行设备的存
在, 在给定产品需求的情况下, 批次数目和批量大小
在调度过程中都是可变的, 如果按照固定批量对需求
进行批次划分, 往往会导致调度结果的失优. 针对这
类问题, Prasad 等人
[8-9]
提出了一种能同时优化批次
选择、分配与排序的混合整数线性规划 (MILP) 模型,
在一定程度上可有效解决此类问题. 但是, 随着问题
复杂性的增加和问题规模的增大, 该方法往往面临着
复杂性难于描述和模型难于求解等问题.
自组织调度方法是将实际生产过程看成一种自
组织过程, 在一定的自组织规则下, 通过自组织个
体 (SOU) 的动态交互协同, 自下而上生成优化调度结
果的一种方法
[10]
. 它通过构造与实体对应的自组织
个体和确定合适的自组织规则, 从而达到自组织生成
调度方案的目的. 自组织调度方法较他组织调度方法
具有更强的驾驭复杂性的能力和更好的自动趋优能
收稿日期: 2010-08-05;修回日期: 2010-09-29.
基金项目: 国家 863 计划项目 (2007AA04Z157).
作者简介: 梁涛(1983−), 男, 博士, 从事复杂系统建模与优化的研究;李歧强(1964−), 男, 教授, 博士生导师, 从事复杂
系统建模与优化算法、节能优化技术等研究.