车间作业调度问题JSSP遗传算法仿真系统

资 源 简 介

本项目通过遗传算法解决经典的车间作业调度问题（Job Shop Scheduling Problem, JSSP）。该程序核心实现了对多个工件在多台机器上加工顺序的全局优化，旨在寻找最小化最大完工时间（Makespan）的最优调度方案。系统采用了基于工序的编码方式（Operation-based Encoding），这种编码方式能够自然地满足工序间的先后顺序约束，避免产生非法解。在进化过程中，程序集成了选择、交叉和变异等标准遗传算子，并针对调度问题的特殊性引入了改进的交叉操作，如顺序交叉或基于工序的交叉（

详 情 说 明

车间作业调度问题(JSSP)遗传算法MATLAB仿真系统

项目简介

本系统是一个基于遗传算法（Genetic Algorithm, GA）的经典车间作业调度问题求解工具。JSSP是一个典型的组合优化难题，其目标是在满足所有工件工序先后顺序以及机器唯一性约束的前提下，通过优化各工序的加工顺序，使整个生产过程的完工时间（Makespan）达到最短。该系统集成了从算例定义、群体演化、方案解析到结果可视化的全流程功能，为生产制造领域的排产优化提供了一套完整的仿真解决方案。

功能特性

1. 基于工序的编码机制：采用非置换码形式，染色体由工件号组成，每个工件号出现的次数与其对应的总工序数相等，天然地解决了工序约束，无需额外的修复算子。
2. 自动约束处理与解码：核心解码逻辑能够自动处理工序的先行约束和机器的排队约束，准确计算每个工序的开始与结束时间。
3. 高效的遗传算子：实现了精英保留策略与轮盘赌选择相结合的进化机制，并引入了专为JSSP设计的子集保留交叉算子（POX简化版）和交换变异算子。
4. 多维度可视化：

- 收敛过程展示：动态记录并绘制每一代的最优适应度曲线，展示算法搜索最优解的收敛轨迹。 - 甘特图生成：自动绘制标准生产调度甘特图，以直观的方式展示工序在各机器上的时间排布、工件流动情况以及设备占用率。

1. 详细数据输出：除图形显示外，系统还会生成包含工件ID、机器ID、开始时间和结束时间的详细调度清单。

系统要求

1. 软件平台：MATLAB R2016b 或更高版本。
2. 必要组件：MATLAB 基础数学工具箱（用于矩阵运算和数据可视化）。

使用说明

1. 打开 MATLAB 软件，将工作路径切换至代码所在文件夹。
2. 在命令行窗口直接运行主程序脚本。
3. 程序将自动进行初始化并开始迭代计算，同时在命令行实时显示求解进度。
4. 计算完成后，系统将自动弹出两个图窗：一个是算法收敛曲线，另一个是最终得到的最优排程甘特图。
5. 最优调度方案的详细参数将直接在 MATLAB 命令行窗口中以表格形式打印。

核心算法与逻辑实现

系统的核心逻辑分为四个主要环节：

1. 初始化阶段 定义了一个 6x6 的经典调度算例，包括各工件在特定机器上的加工顺序矩阵及其对应的加工时长矩阵。种群规模设定为100，最大进化代数为200代。初始化时利用随机排列算法生成满足工件总工序数的有效染色体编码。

2. 解码与适应度评估 解码逻辑是系统的关键。系统通过维护一个“机器空闲时刻表”和“工件当前完成时刻表”，依次遍历染色体中的工件号。对于每一个工件，识别其当前执行的工序，定位对应的机器和加工时间。计算开始时间满足：max(该机器的空闲时间, 该工件上一道工序的完成时间)。这种逻辑确保了硬性约束的完整性。适应度函数定义为最大完工时间的倒数，即完工时间越短，适应度越高，被选入下一代的概率越大。

3. 遗传进化操作

• 选择：采用精英保留策略，将每一代中的最优个体直接复制到下一代中。其余位置通过轮盘赌法（基于累积概率）从父代中筛选个体。
• 交叉（Crossover）：采用子集保留交叉方式。随机选取一部分工件，保留其在父代1中的位置与顺序，剩余位置由父代2中按顺序提取不属于该工件子集的基因填充。这种方法能够保持工序顺序的有效性并引入父代的结构特征。
• 变异（Mutation）：采用简单的交换变异，随机选择染色体上的两个基因点进行位置互换，旨在拓宽算法的搜索空间，跳出局部最优。

4. 结果可视化 绘图模块利用 MATLAB 的图形句柄，根据解码出的调度表数据，在坐标系中绘制矩形块。Y轴代表不同的机器，X轴表示时间轴。每个矩形块通过不同的 HSV 色彩区分工件，并标注工件标号，清晰地呈现出生产流水线的整体运行逻辑。

关键函数解析

• 解码函数：实现从基因序列到时间轴排程的映射，输出包含四个维度的调度数据表，并计算最终的 Makespan。
• 交叉函数：通过掩码映射和子集筛选，在不破坏工件序列完整性的前提下，实现双父代基因的重组合。
• 变异函数：通过随机位置交换，增加种群多样性，防止算法过早收敛。
• 图形绘制函数：利用 rectangle 和 text 函数动态构建甘特图，并根据实际结果自动调整坐标轴范围，确保结果的可读性。