Digital-twin-driven green human-robot collaborative flexible job shop scheduling

拖延 模因算法 计算机科学 调度(生产过程) 作业车间调度 强化学习 工作车间 可变邻域搜索 利用 数学优化 水准点(测量) 动态优先级调度 粒子群优化 分布式计算 工业工程 流水车间调度 遗传算法 人工智能 作业调度程序 缩小 多智能体系统 局部搜索(优化) 元启发式 弹性(材料科学) 运筹学 数字化制造
作者
Rui Zeng,Yingyan Wang
出处
期刊: [Institution of Engineering and Technology]
卷期号:2025 (39): 232-237
标识
DOI:10.1049/icp.2025.4454
摘要

Industry 4.0 demands manufacturing that is flexible, green, and resilient. We introduce the DT-MOD-HRC-FJSP: a Digital-Twin-driven, multi-objective, dynamic Human–Robot Collaborative Flexible Job-Shop Scheduling Problem that simultaneously minimizes makespan, energy, and tardiness while coping with disruptions like machine failures and rush orders. A real-time Digital Twin fuses physical floor data with a cyber scheduler. Operations can be executed by machines, humans, or human-robot teams, accounting for worker fatigue and skill levels. To solve this NP-hard challenge we propose Adaptive Memetic Algorithm with Reinforcement Learning (AMARL), an Adaptive Memetic Algorithm with Reinforcement Learning. Proactive scheduling uses AMARL to evolve robust baselines: a genetic algorithm explores globally while a variable neighborhood search exploits locally; a Q-learning agent adaptively selects operators to boost both speed and quality. Reactive scheduling, triggered by live DT data, applies right-shift and partial rescheduling to restore feasibility quickly while preserving stability. New benchmark instances show the DT-AMARL framework surpasses state-of-the-art methods, improving Hypervolume by 18.5 % on average and demonstrating strong resilience under dynamic conditions.
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