一種帶有批處理機(jī)的跨作業(yè)單元調(diào)度方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種帶有批處理機(jī)的跨作業(yè)單元調(diào)度方法，包括以下步驟：1.定義三種不同結(jié)構(gòu)的信息素；2.初始化信息素；3.按照加工順序，將每個(gè)零件的批處理工序之前的每道工序分派至機(jī)器；4.按照時(shí)間順序，將每個(gè)機(jī)器上的每道工序排序；5.將零件組批、調(diào)度批處理工序；6.按照加工順序，將每個(gè)零件的批處理工序之后的每道工序分派至機(jī)器；7.按照時(shí)間順序，將每個(gè)機(jī)器上的每道工序排序；8.根據(jù)形成的解，更新信息素；9.若循環(huán)次數(shù)達(dá)到上限，或連續(xù)若干次最優(yōu)解無(wú)變化，則結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)第2步。本發(fā)明專利技術(shù)能夠解決生產(chǎn)過(guò)程中零件跨單元調(diào)度問(wèn)題；能夠處理生產(chǎn)過(guò)程中的批處理工序和非批處理工序的集成調(diào)度，并保證運(yùn)行效率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種制造系統(tǒng)的調(diào)度方法，特別涉及，屬于先進(jìn)制造生產(chǎn)控制與調(diào)度優(yōu)化領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
單兀制造系統(tǒng)(CellularManufacturing System, CMS)是成組技術(shù)(Group Technology, GT)在制造領(lǐng)域的典型應(yīng)用，體現(xiàn)了精益生產(chǎn)的哲理。在CMS中，將機(jī)器根據(jù)零件工藝的相似性進(jìn)行分組，形成加工能力相對(duì)獨(dú)立的單元，每個(gè)單元能完成一個(gè)或多個(gè)零件族的生產(chǎn)過(guò)程。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，由于產(chǎn)品日益多樣化且單元內(nèi)生產(chǎn)能力有限，存在某些零件的若干道部分工序需要在其他單元的機(jī)器上加工的情況。同時(shí)，另一方面，考慮到生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)學(xué)、預(yù)算以及空間限制等原因，為每個(gè)單元購(gòu)買額外機(jī)器并不可行。因?yàn)檫@類機(jī)器通常價(jià)格昂貴，啟動(dòng)一次耗費(fèi)較大，考慮到生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)學(xué)、預(yù)算以及空間限制等原因，只能將其放置在某個(gè)特定的單元內(nèi)。這些設(shè)備作為稀缺資源，往往可以加工多個(gè)零件族的零件(下文中將這種設(shè)備稱為共用關(guān)重設(shè)備,Critical Shared Machine, CSM)。在這種情況下，需要跨多個(gè)單元才能完成的特殊零件(Exceptional parts, EP),在單元間的轉(zhuǎn)移就形成了跨單元轉(zhuǎn)移問(wèn)題(inter-cell move)。跨單元轉(zhuǎn)移導(dǎo)致各單元不能獨(dú)立進(jìn)行調(diào)度,需要單元間協(xié)同安排零件的加工順序。早在上世紀(jì)九十年代初，Garza和Smunt就指出由于跨單元轉(zhuǎn)移難以避免，理想的 CMS將難以實(shí)施，須定量分析跨單元轉(zhuǎn)移對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，但大部分研究一直集中在如何進(jìn)行單元構(gòu)造及如何進(jìn)行單元內(nèi)部管理等問(wèn)題上。直到近年來(lái)，隨著CMS的實(shí)施逐漸深入并遇到困難，跨單元調(diào)度這一問(wèn)題才開始被關(guān)注，相關(guān)研究可以分為跨流水單元和跨作業(yè)單元兩種類型。跨流水單元調(diào)度方面，Yang和Liao考慮零件至多在兩個(gè)單元間移動(dòng)轉(zhuǎn)移，且只移動(dòng)轉(zhuǎn)移一次。以flow-time最短為目標(biāo)，采用分支定界法和啟發(fā)式算法，解決每個(gè)單元內(nèi)工序的加工順序。然而，隨著工廠布局向單元制造不斷轉(zhuǎn)變，跨單元移動(dòng)轉(zhuǎn)移呈普遍趨勢(shì)，且越來(lái)越復(fù)雜，因此零件在兩個(gè)以上單元之間的移動(dòng)轉(zhuǎn)移問(wèn)題更值得關(guān)注。Solimanpur等人考慮了特殊零件在兩個(gè)以上單元間的移動(dòng)轉(zhuǎn)移問(wèn)題，以makespan最小為目標(biāo)，采用啟發(fā)式算法分兩步解決跨單元調(diào)度問(wèn)題。Golmoha_adi等人考慮了單元間移動(dòng)轉(zhuǎn)移，采用改進(jìn)的 ElectroMagnetism-Iike (EM-Iike)算法集成解決零件族調(diào)度順序和每個(gè)零件族內(nèi)零件的調(diào)度順序。Mosbah等人以最小化makespan，總完工時(shí)間和機(jī)器空閑時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)的采用 Extended Grate Deluge (Effl))算法和啟發(fā)式算法來(lái)解決單元制造系統(tǒng)中具有特殊零件的調(diào)度問(wèn)題。為了解決零件在單元內(nèi)和單元間的多目標(biāo)調(diào)度問(wèn)題，Gholipour等人提出一種基于分散搜索的元啟發(fā)式算法。跨作業(yè)單元方面，Tang等人使用分散搜索方法解決特殊零件跨單元調(diào)度問(wèn)題。 Elmi等人在Tang等人問(wèn)題模型的基礎(chǔ)上，允許可重入零件，即一個(gè)零件的不連續(xù)工序可以在同一臺(tái)機(jī)器上加工；采用模擬退火的方法，編碼方式和Tang等人的方案相同，同時(shí)利用鄰近結(jié)構(gòu)優(yōu)化最終解。Xiao等人考慮了零件隨機(jī)動(dòng)態(tài)到來(lái)的情況，采用基于信息素的 Agent協(xié)商方法解決了柔性路徑下的跨作業(yè)單元調(diào)度問(wèn)題。上述參考文獻(xiàn)研究中的對(duì)跨單元調(diào)度問(wèn)題的研究考慮的問(wèn)題模型是都按照基于傳統(tǒng)的調(diào)度問(wèn)題模型，生產(chǎn)模式(如流水車間或調(diào)度模型、作業(yè)車間)進(jìn)行劃分的調(diào)度模型。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)器類型同樣對(duì)生產(chǎn)調(diào)度產(chǎn)生重要影響，該問(wèn)題來(lái)源于車輛關(guān)鍵零部件的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程。零件的加工過(guò)程不僅需要車銑刨磨等機(jī)械加工工序，還需要進(jìn)行退火、淬火、回火、滲碳等熱處理工序以獲得預(yù)期的力學(xué)性能和物理性能。據(jù)調(diào)研結(jié)果顯示，車輛關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)過(guò)程中有35%的零件既有機(jī)加工序也有熱處理工序。一般來(lái)說(shuō)，通常將機(jī)加階段和熱處理階段的調(diào)度分開考慮，原因是零部件的熱處理時(shí)間通常遠(yuǎn)大于機(jī)加時(shí)間。但我們的調(diào)研結(jié)果顯示從整體上看，機(jī)加工序時(shí)間雖較短，但是數(shù)量較多，因此整個(gè)機(jī)加階段的時(shí)間占生產(chǎn)全過(guò)程的39%左右，而熱處理階段則占42%左右，二者大體相當(dāng)；另一方面，我們?cè)谡{(diào)研中發(fā)現(xiàn)目前已有一部分復(fù)雜機(jī)加工序的加工時(shí)間達(dá)到數(shù)千分鐘，這些現(xiàn)象都使得機(jī)加階段和熱處理階段在最重要的優(yōu)化指標(biāo)——時(shí)間上得以相提并論。熱處理設(shè)備作為一類 CSM，僅放置在某一特定單元內(nèi)。因此不同零件族對(duì)熱處理設(shè)備的訪問(wèn)所引起跨單元轉(zhuǎn)移同時(shí)也是單處理機(jī)(機(jī)加設(shè)備)和批處理機(jī)(熱處理設(shè)備)之間的轉(zhuǎn)移。機(jī)加工序需要滿足機(jī)器唯一性約束(一臺(tái)機(jī)器同一時(shí)刻只能加工一個(gè)零件)和零件唯一性約束(一個(gè)零件同一時(shí)刻只能被一臺(tái)機(jī)器加工)，屬于車間調(diào)度問(wèn)題范疇；熱處理工序無(wú)須滿足機(jī)器唯一性約束，屬于批量調(diào)度問(wèn)題范疇。經(jīng)典的作業(yè)車間調(diào)度問(wèn)題是一個(gè)NP-hard問(wèn)題，而批量調(diào)度問(wèn)題的引入使其更加復(fù)雜。目前從不同設(shè)備類型的角度分析跨單元調(diào)度問(wèn)題的研究尚未見成果發(fā)表。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，在跨單元協(xié)作模式下，為帶有批處理機(jī)的作業(yè)單元找到高效可行的調(diào)度方法，以最小化完工時(shí)間、最大化批處理機(jī)利用率、以及最小化非批處理工序和批處理工序之間等待時(shí)間為目標(biāo)，來(lái)保證單元制造系統(tǒng)整體高效的運(yùn)作。本專利技術(shù)考慮的制造系統(tǒng)由多個(gè)單元組成，每個(gè)單元中有若干臺(tái)加工能力不同的機(jī)器，可以完成工藝相似的零件族的生產(chǎn)；系統(tǒng)中有且只有一臺(tái)批處理機(jī)，放置在其中一個(gè)單元中；單處理機(jī)一次只能加工一個(gè)零件，批處理機(jī)則可以同時(shí)加工多個(gè)零件；制造系統(tǒng)還滿足以下條件I)所有零件在零時(shí)刻到達(dá)；2)批處理機(jī)有一定的空間限制，零件的尺寸規(guī)格已知，在不超過(guò)空間限制的條件下，同一零件族的零件可以同時(shí)在批處理機(jī)上加工；3)零件的加工過(guò)程由多道具有次序約束的工序組成，其中每個(gè)零件有且只有一道工序需要在批處理機(jī)上完成，且批處理工序不為最后一道工序；4)由于單元之間機(jī)器加工能力部分重疊，導(dǎo)致零件具有柔性路徑，但對(duì)于某個(gè)零件的特定工序，在每個(gè)單元內(nèi)至多有一臺(tái)可加工機(jī)器且加工時(shí)間已知；5)批處理工序的加工時(shí)間為當(dāng)前批次中所有零件批處理時(shí)間的最大值；6)考慮單元間轉(zhuǎn)移時(shí)間，而忽略單元內(nèi)轉(zhuǎn)移時(shí)間，不同單元間轉(zhuǎn)移時(shí)間因距離和零件類別而不同；7)考慮不同零件族之間的主要準(zhǔn)備時(shí)間，而忽略同一零件族內(nèi)部的次要準(zhǔn)備時(shí)間，即當(dāng)同一機(jī)器上連續(xù)加工同一零件族的零件時(shí)，忽略準(zhǔn)備時(shí)間；其中主要準(zhǔn)備時(shí)間已知且不隨調(diào)度次序改變而發(fā)生變化；8)批處理設(shè)備之前的緩沖區(qū)容量足夠大；9)每臺(tái)機(jī)器加工工件都是非中斷非搶占式的；10)不考慮機(jī)器故障、原材料短缺及操作人員空缺的情況。針對(duì)滿足以上條件的制造系統(tǒng)，本專利技術(shù)提供了，包括以下步驟第I步定義如下表所示的索引和變量表I索引和變量權(quán)利要求1. ，包括以下步驟 第I步定義如下表所示的索引和變量表I索引和變量2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的，其特征在于，按照下表所示設(shè)置用戶參數(shù)全文摘要本專利技術(shù)涉及，包括以下步驟1.定義三種不同結(jié)構(gòu)的信息素；2.初始化信息素；3.按照加工順序，將每個(gè)零件的批處理工序之前的每道工序分派至機(jī)器；4.按照時(shí)間順序，將每個(gè)機(jī)器上的每道工序排序；5.將零件組批、調(diào)度批處理工序；6.按照加工順序，將每個(gè)零件的批處理工序之后的每道工序分派至機(jī)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種帶有批處理機(jī)的跨作業(yè)單元調(diào)度方法，包括以下步驟：第1步：定義如下表所示的索引和變量：表1索引和變量同時(shí)，定義三種不同結(jié)構(gòu)的信息素：a)工序分派中的信息素結(jié)構(gòu)在工序選擇機(jī)器的過(guò)程中，定義一個(gè)O×M大小的矩陣來(lái)表示信息素，其中O表示工序總數(shù)，M表示機(jī)器總數(shù)，矩陣中的元素(Oij,k)表示工序Oij在機(jī) 器上k上加工對(duì)應(yīng)的信息素濃度；b)工序排序中的信息素結(jié)構(gòu)在每臺(tái)機(jī)器上的工序排序時(shí)，定義M個(gè)O×O大小的矩陣來(lái)表示信息素，其中O表示工序總數(shù)，第m個(gè)矩陣中的元素(Oij,k)表示機(jī)器m上工序Oij在此機(jī)器上第k個(gè)加工對(duì)應(yīng)的信息素濃度；c)批處理機(jī)工序組批中的信息素結(jié)構(gòu)在批處理工序組批的過(guò)程中，定義N×N大小的矩陣來(lái)表示信息素，其中N表示零件總數(shù)，元素(i，j)表示零件i與零件j在同一批次對(duì)應(yīng)的信息素濃度；批處理工序組批時(shí)從可選零件列表中每次選擇一個(gè)零件加入現(xiàn)有批，而批次的數(shù)目無(wú)法確定，故有式(1)所示定義：其中，τi，b表示將零件i加入批次b對(duì)應(yīng)的信息素濃度，τi，k表示零件i與零件k在同一批次對(duì)應(yīng)的信息素濃度，|Bb|表示Bb中已有的零件個(gè)數(shù)；式(1)表示若批次b不為空，則零件i加入批次b對(duì)應(yīng)的信息素濃度為，零件i分別與批次b中現(xiàn)有的零件在同一批次的信息素濃度之和，否則為定值1；第2步：進(jìn)行初始化，輸入機(jī)器信息、單元?jiǎng)澐帧卧g轉(zhuǎn)移距離、須加工的零件總數(shù)及各零件的工藝信息，然后按照如下說(shuō)明初始化信息素：a)初始化工序分派中的信息素其中，τi，j，m表示工序Oij在機(jī)器m上加工對(duì)應(yīng)的信息素濃度，ε為信息素濃度初始值，定為0.01；b)初始化工序排序中的信息素其中，在機(jī)器m上τm，i，j，k表示工序Oij在第k個(gè)加工對(duì)應(yīng)的信息素濃度，ε為 信息素濃度初始值，定為0.01；c)初始化批處理機(jī)工序分批中的信息素其中，τi，k表示零件i和零件j在同一批次上加工對(duì)應(yīng)的信息素濃度，ε為信息素濃度初始值，定為0.01；第3步：按照加工順序，將每個(gè)零件的批處理工序之前的每道工序分派至機(jī)器，即對(duì)于每個(gè)零件按照工序的加工順序依次為每道工序選定加工機(jī)器，每臺(tái)機(jī)器被選中的概率為：Pri,j,m=τi,j,mα1ρi,j,mβ1Σk=1Mτi,j,kα1ρi,j,kβ1---(5)其中，Pri，j，m表示工序Oij在機(jī)器上k上加工的概率，ρi，j，k表示對(duì)應(yīng)的啟發(fā)式信息，α1、β1分別表示信息素濃度、啟發(fā)式信息所占權(quán)重；由于考慮了零件的跨單元轉(zhuǎn)移時(shí)間，故ρi，j，k定義如下：ρi,j,k=1Pi,j,k+TTiDm′,k---(6)其中，Pi，j，k表示Oij在機(jī)器上k上的加工時(shí)間，TTiDm′，k表示零件i單位距離轉(zhuǎn)移時(shí)間與前道工序加工的機(jī)器m’到機(jī)器k的轉(zhuǎn)移距離之積，即零件i對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移時(shí)間；由啟發(fā)式信息公式可看出，在工序分派時(shí)優(yōu)先選擇加工時(shí)間和轉(zhuǎn)移時(shí)間之和較小的機(jī)器；得到工序在每臺(tái)可選的機(jī)器上加工的概率后，以輪盤賭算法隨機(jī)選定某臺(tái)機(jī)器加工該工序；第4步：按照時(shí)間順序，將每個(gè)機(jī)器上的每道工序排序，即在工序分派的基礎(chǔ)上，確定每臺(tái)機(jī)器上工序的加工先后順序以及起始時(shí)間；具體方法為：對(duì)于每臺(tái)機(jī)器，從其可調(diào)度工序中，根據(jù)以下公式所示概率，以輪盤賭算法隨機(jī)選擇一道工序安排在下一個(gè)加工；重復(fù)此過(guò)程，直至所有工序均被調(diào)度；Prm,i,j,k=τm,i,j,kα2ρm,i,j,kβ2Σl=1Oτm,i,j,lα2ρm,i,j,lβ2---(7)其中，Prm，i，j，l表示機(jī)器m上Oij在第l個(gè)加工的概率，ρm，i，j，l表示對(duì)應(yīng)的啟發(fā)式信息，α2、β2分別表示信息素濃度、啟發(fā)式信息所占權(quán)重；工件排序的啟發(fā)式信息綜合考慮了零件的跨單元轉(zhuǎn)移時(shí)間和機(jī)器的準(zhǔn)備時(shí)間，同時(shí)零件的跨單元轉(zhuǎn)移時(shí)間和機(jī)器的準(zhǔn)備時(shí)間事實(shí)上是可以重疊的，即在零件的轉(zhuǎn)移過(guò)程中，對(duì)應(yīng)的機(jī)器可以開始為加工該零件做準(zhǔn)備，故啟發(fā)式信息定義如式(8)所示：ρm,i,j,l=1max(fi,j-1+TTiDm′,mTEm,i,j+li,jSTi,m)-TEm,i,j---(8)其中，fi，j？l表示工件i的第j？1道工序加工結(jié)束的時(shí)間，Dm′，m表示從加工工件上一道工序的機(jī)器m’到機(jī)器m的轉(zhuǎn)移距離，li，j用于標(biāo)記機(jī)器上前一個(gè)加工的零件所屬零件族：li，j=0表示工件i在機(jī)器上第一個(gè)加工或機(jī)器上前一個(gè)加...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李冬妮，孟憲文，王妍，王彤，王小海，金錚，鄭偉，居玉輝，郝勇，謝洪濤，李弘，趙凱，潘樹民，許清波，段勇，鄭鴻，馬小麗，閆錦鋒，馬開，趙瑞穎，鄧衛(wèi)云，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：