Reinforcement learning (RL) is increasingly adopted in job shop scheduling problems (JSSP). But RL for JSSP is usually done using a vectorized representation of machine features as the state space. It has three major problems: (1) the relationship between the machine units and the job sequence is not fully captured, (2) exponential increase in the size of the state space with increasing machines/jobs, and (3) the generalization of the agent to unseen scenarios. We present a novel framework - GraSP-RL, GRAph neural network-based Scheduler for Production planning problems using Reinforcement Learning. It represents JSSP as a graph and trains the RL agent using features extracted using a graph neural network (GNN). While the graph is itself in the non-euclidean space, the features extracted using the GNNs provide a rich encoding of the current production state in the euclidean space, which is then used by the RL agent to select the next job. Further, we cast the scheduling problem as a decentralized optimization problem in which the learning agent is assigned to all the production units and the agent learns asynchronously from the data collected on all the production units. The GraSP-RL is then applied to a complex injection molding production environment with 30 jobs and 4 machines. The task is to minimize the makespan of the production plan. The schedule planned by GraSP-RL is then compared and analyzed with a priority dispatch rule algorithm like first-in-first-out (FIFO) and metaheuristics like tabu search (TS) and genetic algorithm (GA). The proposed GraSP-RL outperforms the FIFO, TS, and GA for the trained task of planning 30 jobs in JSSP. We further test the generalization capability of the trained agent on two different problem classes: Open shop system (OSS) and Reactive JSSP (RJSSP) where our method produces results better than FIFO and comparable results to TS and GA.


翻译:强化学习在作业车间调度问题(JSSP)中的应用日益广泛。然而,基于强化学习的JSSP通常采用机器特征的向量化表示作为状态空间,存在三大问题:(1) 未能完全捕捉机器单元与作业序列间的关系;(2) 随着机器/作业数量增加,状态空间规模呈指数级增长;(3) 智能体对未见过场景的泛化能力不足。本文提出一种新颖框架——GraSP-RL(基于图神经网络的强化学习生产规划调度器)。该框架将JSSP表示为图结构,利用图神经网络(GNN)提取特征来训练强化学习智能体。尽管图本身处于非欧几里得空间,但通过GNN提取的特征可将当前生产状态编码为丰富的欧几里得空间表示,供强化学习智能体选择下一个作业。此外,我们将调度问题转化为分散式优化问题:为所有生产单元分配学习智能体,使其从各生产单元收集的数据中进行异步学习。随后将GraSP-RL应用于包含30个作业和4台机器的复杂注塑生产环境,以最小化生产计划的最大完工时间为目标。将GraSP-RL规划的调度方案与先入先出(FIFO)等优先级调度规则算法及禁忌搜索(TS)、遗传算法(GA)等元启发式算法进行对比分析。结果表明:在30个作业的JSSP训练任务中,所提出的GraSP-RL在性能上优于FIFO、TS和GA。我们进一步测试了训练后智能体在两类不同问题上的泛化能力——开放车间系统(OSS)与反应式JSSP(RJSSP),在该场景下本方法生成的结果优于FIFO,并与TS和GA的性能相当。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
55+阅读 · 2020年9月7日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Reinforcement Learning: An Introduction 2018第二版 500页
CreateAMind
14+阅读 · 2018年4月27日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月2日
Arxiv
31+阅读 · 2023年1月8日
Arxiv
67+阅读 · 2022年4月13日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
20+阅读 · 2021年9月22日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
最新内容
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
5+阅读 · 今天7:25
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:54
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
1+阅读 · 今天6:52
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
1+阅读 · 今天6:33
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
6+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Reinforcement Learning: An Introduction 2018第二版 500页
CreateAMind
14+阅读 · 2018年4月27日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
相关论文
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员