装配线调度(动态规划)

本文探讨了在拥有两条装配线的汽车工厂中,如何通过动态规划解决从汽车进入装配线到完成的最短时间和最优路线问题。分析了优化子结构,提出了递推公式,并给出了算法实现。

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1. 问题描述

公司在有两条装配线的工厂内生产汽车,如下图所示。一个汽车底盘在进入每一条装配线后,在一些装配站中会在底盘上安装部件,然后完成的汽车在装配站的末端离开。每一条装配线上有n个装配站,编号为j=1,2...n。装配线i(i=1,2)的第j个装配站表示为Sij。装配线1的第j个站和装配线2的第j个站执行相同的功能。然而这些装配站是在不同的时间建造的,并且采用了不同的技术,一次每个站上所需的时间是不同的,即使在两条不同装配线相同位置的装配站上也是这样。


各时间参数如下:

ei:汽车进入装配线i的时间,i=1,2;

xi:汽车离开装配线i的时间,i=1,2;

a

### 装配线调度问题的动态编程方程 对于装配线调度问题,在运筹学中通常采用动态规划方法来求解最优路径。设两条装配线上各有n个站点,分别记作S1和S2;每条线路中的第i个站所需时间为a[i];从起点到进入第一条或第二条生产线的时间分别为e1,e2;离开最后一条生产线到达终点所花费时间分别是x1,x2;t(i,j)表示由前一工序转移到下一道工序所需要额外付出的成本。 定义f*(i,j)为经过j号工作站之后达到当前最佳状态下的最小总耗费,则可以建立如下递推关系: 当考虑第一个工位时: - 如果选择通过Line 1的第一个位置:`f*(1,1)= e1+a[1]` - 若决定走Line 2的第一步: `f*(1,2)= e2+b[1]` 对于后续节点(假设现在正在处理的是第i个),则有: - 当位于Line 1上:`f*[i][1]=min(f*[i−1][1]+a[i], f*[i−1][2]+b[i−1]+t[(i−1),2]) + a[i]` - 处于Line 2的情况下:`f*[i][2]=min(f*[i−1][2]+b[i], f*[i−1][1]+a[i−1]+t[(i−1),1])+ b[i]` 最终目标是从两个选项里挑选出更优的那个作为整个过程结束后的结果加上相应的退出成本: - 结果等于`min{f*[n][1]+x1,f*[n][2]+x2}` 此表达式能够有效地帮助决策者找到最经济实惠的方式完成产品组装流程[^3]。 ```python def assembly_line_scheduling(a, b, t, e1, e2, x1, x2): n = len(a) # Initialize cost arrays for both lines c1 = [0] * (n + 1) c2 = [0] * (n + 1) # Base cases c1[0] = e1 c2[0] = e2 # Fill the tables using bottom-up approach for i in range(1, n + 1): c1[i] = min(c1[i - 1] + a[i - 1], c2[i - 1] + t[i - 1][1]) + a[i - 1] c2[i] = min(c2[i - 1] # Return minimum time required to complete all stations plus exit times return min(c1[n] + x1, c2[n] + x2) ```
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