OptaPlanner中时序链式任务的动态依赖关系建模问询

如何建模一个任务时长依赖前置任务结束时间的时序链式流程？详情请阅读以下描述：

首先说明我的规划问题：

约束条件 #

• 一台机器拥有x个槽位，每个槽位可生产或冷却不同类型产品。
• 机器不能同时进行生产和冷却，但可先生产后冷却。
• 机器同一时间只能生产一种产品，但可依次生产不同类型产品。
• 机器可同时生产多个同类型产品。
• 机器可同时冷却不同类型产品。
• 产品需在目标时间被消耗。
• 生产出的产品必须冷却至目标时间。

规划目标 #

• 最小化生产时间
• 确定生产必须启动的最晚时间

有效流程示例 #

下图展示了两个有效的生产流程。由于规划实体从目标时间开始反向按时间链式排列，机器位于流程的右端。

由于生产任务的最短时长不足一分钟，我采用时序链式模式建模该问题，需以秒为单位规划，这对于时间粒度模式来说可能过于精细。
以下是我的领域模型片段：抽象类JobOrSlot用于建模以槽位为锚点的任务链。

@PlanningEntity
public abstract class JobOrSlot {

    @Id
    private UUID id = UUID.randomUUID();

    @InverseRelationShadowVariable(sourceVariableName = "previousJobOrSlot")
    
    protected Job nextJob;

    public abstract Integer getStartOffset();
}

@PlanningEntity
public class Job extends JobOrSlot {
    @PlanningVariable(valueRangeProviderRefs = { "slotRange", "jobRange" }, graphType = PlanningVariableGraphType.CHAINED)
    private JobOrSlot previousJobOrSlot;

    @AnchorShadowVariable(sourceVariableName = "previousJobOrSlot")
    private Slot slot;

    @ShadowVariable(variableListenerClass = EndTimeUpdatingVariableListener.class, sourceVariableName = "previousJobOrSlot")
    private Integer startOffset;

    @PiggybackShadowVariable(shadowVariableName = "startOffset")
    private Integer endOffset;

    // problem facts
    @Nullable
    private Job predecessor;

    @Nullable
    private Job successor;

    private Duration duration;
    private JobType type; // produce, hold

    // ... 省略无关的问题事实、getter和setter

}

EndTimeUpdatingVariableListener.class会遍历任务链，根据任务时长和其在链中的位置计算任务的开始和结束时间。

挑战在于冷却任务的时长在规划开始前是未知的，只有当生产任务被安排后才能计算，即targetTime - cookingJob.endTime。因此安排生产任务必须改变冷却任务的时长，我无法找到在OptaPlanner中建模此场景的理想方案。我评估了两种可能的解决方案，但或许有更好的实现思路：

1. 一种方案是在EndTimeUpdatingVariableListener中，每当生产任务发生变化时更新关联冷却任务的开始和结束时间，但这可能引发难以处理的问题。例如，在生产任务和冷却任务之间插入其他任务（如produce A -> someOtherJob -> cool A -> Slot）会导致无限更新循环。可通过实现MoveFilter禁止此类无效移动，但仍较为繁琐。
2. 另一种方案是实现CustomMoves，在规划问题中添加或移除冷却任务。每次添加冷却任务时，为其设置当前有效的时长，这样实体的时长在规划过程中保持固定。

这两种实现都相当复杂。是否有更好的方法在OptaPlanner中建模此类规划实体依赖关系？

优化建模方案建议 #

1. 绑定生产-冷却任务为逻辑单元

将生产任务和对应的冷却任务视为一个不可拆分的ProductionCoolingPair规划实体，而非两个独立任务。这样可以确保两者始终连续排列，避免中间插入其他任务的问题：

• 新增ProductionCoolingPair类，包含生产任务、冷却任务的属性，将其作为链式规划的基本单元。
• 冷却任务的时长可在生产任务结束时间确定后，直接通过targetTime - productionEndTime计算并存储在ProductionCoolingPair中，无需单独更新。

2. 调整ShadowVariable计算逻辑

若坚持分开建模生产和冷却任务，可修改EndTimeUpdatingVariableListener的逻辑：

• 为冷却任务添加linkedProductionJob属性，关联对应的生产任务，确保仅当关联生产任务变化时才更新冷却任务时长。
• 变量更新时，先判断当前任务是否为冷却任务，若是则通过关联生产任务的结束时间计算自身时长，再推导开始/结束偏移量。同时添加硬约束，禁止生产与冷却任务之间插入其他任务，比MoveFilter更可靠。

3. 使用动态问题事实特性

将冷却任务的时长定义为动态问题事实，而非规划实体的固定属性：

• 通过ProblemFactChange机制，在生产任务安排发生变化时，触发冷却任务时长的更新。该机制会在规划稳定阶段执行，可避免无限循环问题。

方案对比 #

• 绑定任务对的方案实现最简单，逻辑清晰，适合生产与冷却必须连续的场景，能有效避免无效移动和循环更新。
• 调整ShadowVariable逻辑的方案保留了任务独立性，需额外约束校验，适合后续可能扩展任务类型的场景。
• 动态问题事实的方案灵活性最高，但实现复杂度略高，适合任务依赖关系更复杂的场景。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jonas Erbe