Real-time scheduling for distributed permutation flowshops with dynamic job arrivals using deep reinforcement learning

拖延 强化学习 启发式 计算机科学 动态优先级调度 调度(生产过程) 计算 人工智能 作业车间调度 流水车间调度 分布式计算 数学优化 服务质量 算法 数学 计算机网络 操作系统 地铁列车时刻表
作者
Shengluo Yang,Junyi Wang,Zhigang Xu
出处
期刊:Advanced Engineering Informatics [Elsevier]
卷期号:54: 101776-101776 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.aei.2022.101776
摘要

Distributed manufacturing plays an important role for large-scale companies to reduce production and transportation costs for globalized orders. However, how to real-timely and properly assign dynamic orders to distributed workshops is a challenging problem. To provide real-time and intelligent decision-making of scheduling for distributed flowshops, we studied the distributed permutation flowshop scheduling problem (DPFSP) with dynamic job arrivals using deep reinforcement learning (DRL). The objective is to minimize the total tardiness cost of all jobs. We provided the training and execution procedures of intelligent scheduling based on DRL for the dynamic DPFSP. In addition, we established a DRL-based scheduling model for distributed flowshops by designing suitable reward function, scheduling actions, and state features. A novel reward function is designed to directly relate to the objective. Various problem-specific dispatching rules are introduced to provide efficient actions for different production states. Furthermore, four efficient DRL algorithms, including deep Q-network (DQN), double DQN (DbDQN), dueling DQN (DlDQN), and advantage actor-critic (A2C), are adapted to train the scheduling agent. The training curves show that the agent learned to generate better solutions effectively and validate that the system design is reasonable. After training, all DRL algorithms outperform traditional meta-heuristics and well-known priority dispatching rules (PDRs) by a large margin in terms of solution quality and computation efficiency. This work shows the effectiveness of DRL for the real-time scheduling of dynamic DPFSP.
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