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基于遗传算法的平板车调度优化方法
资料介绍
为了解决船厂的分段运输计划主要依靠调度员经验进行,决策时间长,常有运输任务冲突和道路重复占用的问题,将平板车的运输作为研究对象,以平板车最小空载时间为优化目标,在保证任务执行准时性的前提下,构建了考虑平板车数量、运输能力、堆场内部分段运输任务之间先后约束关系等因素的平板车运输调度遗传算法模型,得到优化后的任务序列并确定平板车的任务执行顺序。利用某船厂的实际数据对模型的应用进行了实例验证,结果表明:该模型可得出较优的平板车调度任务计划,减少空载时间,提高平板车的运输效率。
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3
期
Vol． 39 №． 3
Mar． 2018
第
卷第
哈
尔
滨
工
程
大
学
学
报
2018
3
月
年
Journal of Harbin Engineering University
基于遗传算法的平板车调度优化方法
1
1
1
2
， ， ，
孟令通 朱洪渊 蒋祖华 刘建峰
( 1．
，
上海交通大学 机械与动力工程学院 上海
200240; 2．
，
上海外高桥造船有限公司 上海
200137)
: ， ，
要 为了解决船厂的分段运输计划主要依靠调度员经验进行 决策时间长 常有运输任务冲突和道路重复占用
摘
， ， ， ，
的问题 将平板车的运输作为研究对象 以平板车最小空载时间为优化目标 在保证任务执行准时性的前提下 构
、 、
建了考虑平板车数量 运输能力 堆场内部分段运输任务之间先后约束关系等因素的平板车运输调度遗传算法模
， 。
型 得到优化后的任务序列并确定平板车的任务执行顺序 利用某船厂的实际数据对模型的应用进行了实例验
， : ， ，
证 结果表明 该模型可得出较优的平板车调度任务计划 减少空载时间 提高平板车的运输效率
。
:
;
;
;
;
;
关键词 平板车 任务序列 空载时间 调度模型 遗传算法 调度计划
DOI: 10. 11990 /jheu． 201609085
: http: / /www． cnki． net/kcms/detail/23. 1390． u． 20171215． 1430． 024． html
网络出版地址
: O224; U673
: A
: 1006-7043( 2018) 03-0554-07
文章编号
中图分类号
文献标志码
Flat-car scheduling optimization method based on genetic algorithm
1
1
1
2
MENG Lingtong ，ZHU Hongyuan ，JIANG Zuhua ，LIU Jianfeng
( 1． School of Mechanical ＆ Power Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China; 2． Shanghai Waigaoqiao Ship-
building Co． Ltd． ，Shanghai 200137，China)
Abstract: The present plan of the fragmented transport in a shipyard mainly depends on the dispatcher's experi-
ence． Moreover，the decision-making time is long; the transport tasks are often in conflict; and the road is repeat-
edly occupied． The flat-car transport is chosen as the research object herein to eliminate such defects． Under the
premise of assuring a timely task execution，a model of the genetic algorithm for the flat-car transport scheduling
considering various factors ( i． e． ，flat-car quantity，carrying capacity，and task precedence constraint relations a-
mong the fragmented transport tasks in the stacking yard) is established by taking the minimum idling time of a flat
car as the optimization objective． The task sequence is optimized，and the task execution sequence of the flat car is
determined． The actual data of a shipyard is applied for the case verification of the model application． The results
show that the model could obtain a better flat-car scheduling plan，reduce the idling time，and improve the flat-car
efficiency．
Keywords: flat car; task sequence; idling time; scheduling model; genetic algorithm; scheduling plan
现代造船中的船体以分段为单位分区域堆置加
造成该局面的主要原因之一是对分段运输缺乏良好
，
工 为了实现体积重量都很大的分段在各个生产车
。
的调度计划 因此制定合理的平板车调度计划迫在
，
间和堆场之间的运输 一般使用大型动力平板运输
。
眉睫
［1 － 2］
(
)
。
，
，
在平板车的实际运输过程中 车辆要沿着堆场
车 以下简称平板车
从成型到最后在船坞搭载成整船的过程中 需要由
10
据统计 船厂每个分段
，
，
道路或空堆位行驶 需结合分段任务间的约束关系
［3 － 4］
。Lee
平板车在厂区内不同的车间或堆场间转运
次甚
安排顺序和车次
等
定义了分段的空间调
［5］
， 。
至更多 而每艘船一般被分割成上百个分段 实际
，
度问题 将平板车作为重要的资源约束
。Park
等
， ，
生产中 由于在厂区内的分段运输量大 运输效率
，
对韩国一造船厂的分段位置分配进行研究 提出以
，
低 不少船厂不得不在夜间也进行分段运输的工作
。
，
减少分段无效移动目标 来降低平板车运输成本
。
［6］
Roh
，
研究了船厂内多平板车的场外干涉 并用
等
: 2016 － 09 － 28．
: 2017 － 12 － 15．
［7］
收稿日期
网络出版日期
( 71501125) ;
。Byung
蚁群算法得到初始解
等
研究了多规格平
:
基金项目 国家自然科学基金项目
工业和信息化部项目
(
［2014］507
工信部联装
－ 5) ．
号
， 、
板车下的分段运输问题 以实现平板车延迟 拖期时
:
作者简介 孟令通
( 1993 － ) ， ， ;
男 博士研究生
［8］
。Woo
间最小
等
对于分段在整个造船厂内的运
( 1966 － ) ， ， ，
男 教授 博士生导师
．
蒋祖华
［9］
:
通信作者 蒋祖华
，E-mail: zhjiang@ sjtu． edu． cn．
。
输过程流程优化进行了研究 张志英等 构建了
3
， :
孟令通 等 基于遗传算法的平板车调度优化方法
·555·
第
期
，
基于最短路径算法的分段堆场调度 用迪杰斯特拉
是分段运输申请所展开的衍生任务与目标移动任
［10］
。
算法计算了平板车的路径 陶宁蓉等 研究了平
。
，
分段运输申请对应一个目标移动任务 但是移
务
。
板车并车运输问题 但这些研究和算法都是考虑了
动过程中会需要某些分段的临时移动以配合目标移
，
场外的平板车运输过程 并没有涉及平板车场内部
，
动任务的进行 而这些临时移动对应若干衍生任务
，
。
分的调度及平板车的分配问题
这些衍生任务便成为了该目标移动任务的前置任
，
本文以平板车最小空载时间为优化目标 考虑了
。
分段运输申请对应的目标移动任务与其相应的
务
，
堆场内部分段的位置约束 运用遗传算法对平板车在
衍生移动任务构成了一个分段运输申请所对应的指
。
船厂中的多堆场场内运输调度问题进行建模 在考
，
令族 分段运输申请的执行顺序即构成了指令族的
、 、
虑平板车数量 运输能力 分段运输任务之间先后约
， 1 。
执行顺序 如图 所示
，
束关系等因素的条件下确定平板车任务执行顺序 从
。
而减少无效物流时间提高平板车运输分段的效率
。
结合某船厂的实际数据对模型进行了实例验证
1
平板车调度问题描述与假设
n
当前调度期内有 个待执行的分段运输任务和
。
若干辆不同运载能力的运输平板车 运输任务之间
。 ，
存在先后约束关系 平板车有多种型号 一个分段
运输任务必须由满足承重需求的一台平板车运输至
。 ，
目的地 将所有分段任务分派给各个平板车 并确
定各任务在所分配平板车上的运输顺序和执行时
。
， 、
任务需要在释放后执行 进涂装 冲砂的移动任
间
，
务需要尽快执行 调度的要求是使物流时间最小化
，
更为具体的说是在保证准时性与任务执行路径最优
1
图
任务类别及运输指令关系
， ，
的前提下 减少无效物流时间 故以最小化平板车空
Fig． 1 Task class and transport instruction
。
载时间为主要优化目标
在指令族内只有在衍生任务按次序执行完毕
: 1)
在平板车运输中应遵循如下规则及假设
分
， ，
后 目标移动任务才可执行 这构成了分段移动任务
，
段运输任务存在释放时间 所有任务只能在其释放
，
之间的先后约束 而该先后约束的本质是多个任务
; 2)
后才可执行
平板车运输分段的过程一旦开始执
。
不能对堆位这一资源同时占用 任务之间先后约束
，
行 不可被其他任务打断
; 3)
平板车在同一时刻最
部分任务间存在先后关
，
的来源是多个运输任务的执行需要占用相同的资
; 4)
多只能运输一个分段
。
， 、
在分配平板车的情况下 还需要执行堆位 道路
源
，
系 存在先后关系的任务对 在后任务至少需要等到
。
任务 调度方案必须完全满足分段任务之间的约束
; 5)
在先任务的分段装载完成后才可以开始执行
平
，
关系 才能保证获得的解决方案是可行的
。
， ，
板车在运输分段时 提取和放置的要求很严格 其准
2. 2
调度任务拓扑关系
、 ，
备时间和分段自身的体积 重量以及结构相关 是不
1 ，3 11
对图 的指令进行分析 个指令族共 个任
; 6)
可忽略的
是一定的
8)
平板车空载和运输分段时的运行速度
， 2 ，
务都是某堆场区域的移动指令 如图 所示 左侧指
; 7)
;
分段运输的调度周期为一个工作日
，
令为衍生任务指令 右侧指令为移动申请对应的目
; 9)
平板车只能运输自身承载能力内的分段
在同
。 ，
标移动指令 目前仅有一个序列约束 即目标任务
，
一地点进行任务交接是调度目标之一 因此在平板
。
必须在衍生任务执行完成后才可执行 若移动指令
， ，
车任务调度时 对于此种情况 不计算空载行驶
3、 5、 9
移动指令 移动指令 在堆场内的移动路径有
。
距离
， 。
重合干涉 以中间连接线示意 分段移动为将分段
，
根据以上规则及假设 本文拟确定平板车堆场
，
从原始堆位运送至目标堆位 在堆场内的移动路径
;
内部干涉条件及任务拓扑关系 确定各个任务的运
。
为空堆位的组合
;
输顺序和执行时间 对平板车的调度方案进行优化
。
2. 3
平板车调度模型
2. 3. 1
数据预处理
2
建立平板车调度模型
l
t ，
时间 是一个比较固定的量 不同分段间差异
i
2. 1
平板车任务分类及堆位状态
，
不是很大 所以计算时只需要确定分段提取基本时
l
，
对于一个给定串行任务序列 序列的具体构成
t
c
加上时间冗余量
1
间
basic
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