1.3.3　基于數(shù)據(jù)的調(diào)度優(yōu)化

基于數(shù)據(jù)的調(diào)度優(yōu)化方法是指通過數(shù)據(jù)挖掘技術從優(yōu)化的調(diào)度方案中挖掘出可用于輔助調(diào)度決策的知識,其實現(xiàn)方式和構造數(shù)據(jù)驅(qū)動的預測模型一致。根據(jù)優(yōu)化調(diào)度方案生成的方式不同,基于數(shù)據(jù)的調(diào)度優(yōu)化研究主要分為:基于仿真獲得的方案、基于優(yōu)化算法獲得的派工方案以及基于信息系統(tǒng)離線數(shù)據(jù)獲得的方案。

(1)基于離線仿真的調(diào)度知識挖掘

諸多研究表明,不存在所謂最優(yōu)的實時調(diào)度規(guī)則適應于各種類型的制造系統(tǒng)。實時調(diào)度規(guī)則的有效性和生產(chǎn)線運作狀態(tài)直接相關,應根據(jù)生產(chǎn)的調(diào)度環(huán)境指導調(diào)度規(guī)則的選擇。仿真是用于比較和選擇復雜制造系統(tǒng)調(diào)度決策重要的技術之一。一般而言,有兩種仿真方式來選擇調(diào)度決策:一種是離線仿真的方式,對于不同的生產(chǎn)線狀態(tài)采用不同的調(diào)度決策進行仿真,保留最能滿足性能指標的調(diào)度決策,以此構造知識庫;另一種是在線仿真的方法,在決策點采用不同的調(diào)度決策進行仿真,選擇性能指標最優(yōu)的調(diào)度決策來指導實時派工。顯然,離線仿真方法效率不高,所構造知識庫的泛化能力也很弱,在線仿真對于仿真時間的要求較為苛刻,稍不滿足就無法滿足實時派工的需求。

機器學習能夠良好地泛化優(yōu)化的調(diào)度決策,對自適應調(diào)度系統(tǒng)知識庫的構造起著核心的作用。然而,無論是離線學習還是在線學習,都需要依賴制造系統(tǒng)的調(diào)度模型,建模的質(zhì)量直接影響學習效果。此外,離線學習獲得的知識庫會隨著時間的推移有所退化,需要合理更新機制。在線學習策略雖有較高的魯棒性,但初期優(yōu)化效果不明顯、學習速度慢。如何將離線學習與在線學習相結合進一步改進調(diào)度規(guī)則集的構造是值得進一步考慮的問題。

(2)基于離線優(yōu)化的調(diào)度知識挖掘

隨著計算機計算能力的加強,使得大規(guī)模調(diào)度問題的求解成為可能。基于優(yōu)化算法求解調(diào)度問題的更大瓶頸在于實際復雜制造系統(tǒng)中大量的不確定性擾動因素導致得到的派工方案難以執(zhí)行。如何從大量的優(yōu)化方案中挖掘出調(diào)度決策,即用合適的實時調(diào)度規(guī)則來擬合優(yōu)化算法,使得實時調(diào)度規(guī)則所生成的調(diào)度方案能較好地逼近優(yōu)化算法的調(diào)度方案,以此進一步適應實時派工的需求,是很有實用價值的研究。

(3)基于信息系統(tǒng)離線數(shù)據(jù)的調(diào)度知識挖掘

企業(yè)信息系統(tǒng)中的離線數(shù)據(jù)蘊含了調(diào)度相關信息,也可以從中提取實時調(diào)度規(guī)則。例如,Choi等以多重入制造系統(tǒng)為研究對象,考慮了制造系統(tǒng)的調(diào)度環(huán)境,使用決策樹從離線數(shù)據(jù)中挖掘出適應調(diào)度環(huán)境的實時調(diào)度規(guī)則選擇的知識;Kwak和Yih使用決策樹方法從制造系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)中挖掘出實時調(diào)度規(guī)則對性能指標的影響,通過仿真獲取長期有效的實時調(diào)度規(guī)則,并將綜合考慮長期性能指標和短期性能指標的方法應用于實時調(diào)度規(guī)則的選擇。Murata針對Flowshop調(diào)度問題,使用決策樹從實際調(diào)度方案中獲得調(diào)度規(guī)則,改進了調(diào)度性能。郭慶強等基于專家經(jīng)驗確定調(diào)度知識中各條件屬性的重要度,利用粗糙集從生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)中挖掘出條件屬性與決策屬性之間的關系,從而提取有效的調(diào)度規(guī)則,并將該調(diào)度規(guī)則獲取方法應用于某煉油廠生產(chǎn)過程調(diào)度知識的獲取。

目前,在基于數(shù)據(jù)的調(diào)度優(yōu)化方法領域取得的成果仍然停留在從既定的實時調(diào)度規(guī)則中選取特定的規(guī)則或者離線挖掘出某一特定規(guī)則運用于實際派工階段。這種方法柔性不足,無法在生產(chǎn)線運作過程中作實時調(diào)整。面向的生產(chǎn)系統(tǒng)還主要集中于小型的作業(yè)車間或流水車間,有必要進一步深入研究。