Resource scheduling optimization for industrial operating system using deep reinforcement learning and WOA algorithm

强化学习 计算机科学 调度(生产过程) 人工智能 优化算法 数学优化 作业车间调度 工业工程 运筹学 算法 机器学习 嵌入式系统 数学 工程类 布线(电子设计自动化)
作者
Ting Shu,Zhijie Pan,Zuohua Ding,Zhangqing Zu
出处
期刊:Expert Systems With Applications [Elsevier BV]
卷期号:255: 124765-124765 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.eswa.2024.124765
摘要

Industrial operating systems (IOS) are essential for supporting smart manufacturing, particularly in managing and utilizing heterogeneous production resources through resource instantiation scheduling (RIS) technique. However, RIS faces the challenge of efficiently selecting optimal resource service compositions from numerous options with varying quality of service. To boost the solving of the RIS problem and improve the quality of the solution, this paper proposes a novel hybrid algorithm, named DWOA, based on the whale optimization algorithm (WOA) and deep reinforcement learning (DRL). It first incorporates the DRL algorithm to learn experience from the historical data regarding exploration and exploitation in the WOA search process and train an optimal behavior decision model. Subsequently, utilizing the trained model, the DWOA can effectively guide the search agent in achieving a better balance between global exploration and local exploitation, thereby enhancing its convergence speed and solution quality. The effectiveness and efficiency of the DWOA approach are evaluated by the CEC2017 benchmark functions and RIS problems with various scales, compared with 11 state-of-the-art methods. The experimental results indicate that our method converges faster and produces better solutions for RIS problems. • A new algorithm, DWOA, addresses resource instantiation scheduling (RIS) problems. • Deep reinforcement learning helps balance the exploration and exploitation of DWOA. • A search experience reuse scheme is proposed to improve the WOA algorithm. • The superiority of DWOA is verified on the CEC2017 test suite and RIS problems.
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