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Solving quay wall allocation problems based on deep reinforcement learning

delete2025-06-01
delete0
PRE
AI
Y
Young-in Cho
S
Seung-Heon Oh
C
Choi, Jae-ho
J
Jong Hun Woo *
DOI:10.1016/j.engappai.2025.110598delete
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摘要

摘要

En 中文
码头墙和干船坞是造船厂的关键生产资源。传统上,码头墙对于建造常规船舶(如油轮和集装箱船)而言并非瓶颈资源。然而,对需要更复杂后期舾装作业的高附加值船舶的需求不断增长,增加了码头墙的工作负荷。因此,高效码头墙分配的重要性显著提升,以改善整体生产效率并确保船舶按时交付。本研究将码头墙分配问题建模为柔性作业车间调度问题,并纳入设备偏好和抢占条件。值得注意的是,干船坞建造过程中延迟导致的船舶下水日期不确定性被纳入调度问题考虑。为解决动态码头墙分配问题,本研究开发了一种基于深度强化学习的动态码头墙分配算法,该算法根据码头墙的工作状态和舾装作业进度自适应地将船舶分配至码头墙。为此,提出了一种新型马尔可夫决策过程,其中设计了一种由异构图和辅助矩阵组成的复合状态表示,以捕捉码头墙与舾装作业之间的复杂关系。此外,定义了扩展的调度动作空间,纳入了作业中断,能够有效利用抢占条件以提升调度性能。通过基于真实造船厂数据生成的测试实例并在各种环境条件下进行的广泛数值实验评估了所提算法的性能。实验结果表明,所提算法始终优于传统的基于规则的启发式算法,并展现出比遗传编程更优越的可扩展性,使其成为大规模码头墙分配问题的有前景的解决方案。
Keyword:
Deep reinforcement learning
Heterogeneous graph
Flexible job-shop scheduling problem
Post-stage outfitting process
Shipbuilding

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Engineering Applications of Artificial Intelligence
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8
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