Flexible Job-Shop Scheduling via Graph Neural Network and Deep Reinforcement Learning

强化学习 计算机科学 调度(生产过程) 作业车间调度 人工智能 图形 工作车间 机器学习 人工神经网络 数学优化 理论计算机科学 流水车间调度 数学 地铁列车时刻表 操作系统
作者
Wen Song,Xinyang Chen,Qiqiang Li,Zhiguang Cao
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:19 (2): 1600-1610 被引量:245
标识
DOI:10.1109/tii.2022.3189725
摘要

Recently, deep reinforcement learning (DRL) has been applied to learn priority dispatching rules (PDRs) for solving complex scheduling problems. However, the existing works face challenges in dealing with flexibility, which allows an operation to be scheduled on one out of multiple machines and is often required in practice. Such one-to-many relationship brings additional complexity in both decision making and state representation. This article considers the well-known flexible job-shop scheduling problem and addresses these issues by proposing a novel DRL method to learn high-quality PDRs end to end. The operation selection and the machine assignment are combined as a composite decision. Moreover, based on a novel heterogeneous graph representation of scheduling states, a heterogeneous-graph-neural-network-based architecture is proposed to capture complex relationships among operations and machines. Experiments show that the proposed method outperforms traditional PDRs and is computationally efficient, even on instances of larger scales and different properties unseen in training.
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