一种柔性机加数控生产单元的节拍平衡方法与流程

技术特征：

1.一种柔性机加数控生产单元的节拍平衡方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：随机生成Q条染色体，组成初始的种群；每条染色体的基因包括四部分，其中：第一部分为M道工序的工序优先级，第二部分为N个设备的设备优先级，第三部分为第1个工序组合中包含的工序数量m₁，第四部分为第1个工序组合中的设备个数n₁；其中：Q为设定的正整数；M为设定的生产产品涉及到的工序总量；N为设定的已有设备总量；m₁和n₁为随机整数，m₁≤M_th且n₁≤N_th，M_th为设定的工序组合中工序个数最大值；N_th为设定的第一个工序组合中设备个数最大值；另外，已知第j个设备加工完成第i个工序所需的时间为t_ij，i＝1、2、…、M，j＝1、2、…、N；

步骤二：计算每条染色体的适应值，具体计算过程如下：

(2a)、通过设定的解码规则，确定每条染色对应的工序组合分配结果，即将M道工序划分为μ个工序组合，为每个工序组合划分相应的设备，并计算每个工序组合的平均加工时间；其中：第k个工序组合包括m_k个工序且分配了n_k个设备，对于每个染色体，μ、m_k、n_k为随机整数；其中，m_k≤M_th且n₂＝n₃＝…＝n_μ＝1，k＝1、2、…、μ；

(2b)、针对每条染色体，计算每个工序组合的平均加工时间的方差值，将所述方差值作为染色体对应的目标函数值Ψ；

(2c)、对每条染色体的目标函数值Ψ进行标定，得到染色体适应值；其中，设定染色体适应值与目标函数值Ψ成反比；

步骤三：根据每条染色体的适应值，使用轮盘赌策略进行下一代Q条染色体的选择；

步骤四：对步骤三选择的染色体进行交叉和变异操作；

步骤五：对完成交叉和变异操作后的染色体，重复步骤二～步骤四，进行遗传迭代操作，并在达到设定的迭代结束条件时，跳出遗传迭代操作，将目标函数值最小值对应的染色体输出。

2.根据权利要求1所述的一种柔性机加数控生产单元的节拍平衡方法，其特征在于：在步骤(2a)中，通过设定的解码规则，确定每条染色对应的工序组合分配结果，具体实现过程如下：

(2aa)、针对每条染色体，设定将所有工序划分为μ个工序组合，μ为随机整数；并设定各工序组合的工序子集和设备子集的初值均为空集；

(2ab)、确定第1个工序组合的工序子集和设备子集，并计算第1个工序组合的平均加工时间T₁，具体实现过程如下：

从染色体的第三部分基因中读取第1个工序组合中包含的工序数量m₁；并根据染色体第一部分基因中的M道工序的工序优先级，选取工序优先级最高的m₁个工序组成第1个工序组合的工序子集；

从染色体的第四部分基因中读取第1个工序组合中的设备个数n₁；并根据染色体第二部分基因中的N个设备的设备优先级，选取设备优先级最高的n₁个设备组成第1个工序组合的设备子集；

根据第1个工序组合的工序子集和设备子集，计算第1个工序组合的平均加工时间T₁；

(2ac)、依次确定第2～μ个工序组合的工序子集和设备子集，并计算第2～μ个工序组合的平均加工时间T₂～T_μ；其中，在K＝2、3、…、～μ时，确定第K个工序组合的工序子集和设备子集，并计算平均加工时间T_K的具体实现过程如下：

(1)、在剩余设备中选取设备优先级最高的一个设备加入第K个工序组合的设备子集；并在剩余工序中选取工序优先级最高的一个工序加入第K个工序组合的工序子集；

(2)、计算第K个工序组合的平均加工时间T_K；

(3)、将第1个工序组合的平均加工时间T₁和第K个工序组合的平均加工时间T_K进行比较，其中：如果T_K≥T₁，则进入步骤(7)；如果T_K<T₁，则进入步骤(4)；

(4)、如果m_K<M_th且T_K<T₁，则进入步骤(5)；如果m_K＝M_th且T_K<T₁，或m_K<M_th且T_K≥T₁，则进入步骤(7)；如果m_K＝M_th且T_K≥T₁，则进入步骤(6)；其中，m_K为第K个工序组合的中的工序个数；

(5)、在剩余工序中选取工序优先级最高的一个工序加入第K个工序组合，并更新第K个工序组合的平均加工时间T_K和工序个数m_K，然后返回步骤(4)；

(6)、计算第K个工序组合的平均加工时间T_K与T₁的差值d；并计算最新加入的工序加入之前，第K个工序组合的平均加工时间T_K与T₁的差值c；然后以第一概率值为概率允许第K个工序组合保持当前的工序子集不变，而以第二概率值为概率将最新加入的工序从第K个工序组合的工序子集中删除，并更新平均加工时间T_K；然后进步步骤(7)；

(7)、判断第K个工序组合的工序和设备已经完成添加，即得到了第2个工序组合的工序子集和设备子集。

(2ad)、结束。

3.根据权利要求1或2所述的一种柔性机加数控生产单元的节拍平衡方法，其特征在于：各工序组合的平均加工时间的计算公式如下所示：

$T_k=\frac{1}{\underset{y=1}{\overset{n_k}{\&Sigma;}}\frac{1}{\underset{x=1}{\overset{m_k}{\&Sigma;}}{t}_{xy}}}$

其中：T_k为第k个工序组合的平均加工时间；t_xy为第k个工序组合中第y个设备加工完成第x个工序所需的时间；k＝1、2、…、μ。

4.根据权利要求1所述的一种柔性机加数控生产单元的节拍平衡方法，其特征在于：在步骤(2b)中，各染色体对应的目标函数值Ψ的计算方法如下：

(2ba)、计算每个工序组合的平均加工时间，具体计算公式如下：

$T_k=\frac{1}{\underset{y=1}{\overset{n_k}{\&Sigma;}}\frac{1}{\underset{x=1}{\overset{m_k}{\&Sigma;}}{t}_{xy}}}$

其中：T_k为第k个工序组合的平均加工时间；t_xy为第k个工序组合中第y个设备加工完成第x个工序所需的时间；k＝1、2、…、μ；

(2bb)、计算目标函数Ψ＝var(T₁,T₂,…,T_μ)，其中，即所述目标函数为μ个工序组合平均加工时间的方差值。

5.根据权利要求1所述的一种柔性机加数控生产单元的节拍平衡方法，其特征在于：在步骤四中，染色体的交叉概率为0.6，变异概率为0.1。

6.根据权利要求1所述的一种柔性机加数控生产单元的节拍平衡方法，其特征在于：在步骤四中，两个染色体按照如下的方法进行交叉操作：

随机抽出X个工序，两个染色体第一部分基因中的所述X个工序对应的工序优先级保持不变，然后两个染色体将剩余M-X个工序的工序优先级进行互换；其中，X为随机整数且X<M；

随机抽出Y个设备，两个染色体第二部分基因中的所述Y个设备对应的设备优先级保持不变，然后两个染色体将剩余M-Y个设备的工序优先级进行互换；其中，Y为随机整数且Y<N；

两个染色体交换第三部分的基因，两个染色交换第四部分的基因。

7.根据权利要求1所述的一种柔性机加数控生产单元的节拍平衡方法，其特征在于：在步骤四中，各染色体按照如下的方法进行变异操作：

随机抽出X个工序，将染色体第一部分基因中的所述X个工序对应的工序优先级保持不变，然后将剩余M-X个工序的工序优先级进行随机互换；其中，X为随机整数且X<M；

随机抽出Y个设备，将染色体第二部分基因中的所述Y个设备对应的设备优先级保持不变，然后将剩余M-Y个设备的工序优先级进行随机互换；其中，Y为随机整数且Y<N；

染色体交换第三部分的基因和第四部分的基因进行重新置数。

8.根据权利要求1所述的一种柔性机加数控生产单元的节拍平衡方法，其特征在于：在步骤五中，迭代结束条件设定为：达到设定的迭代次数，或是存在染色体对应目标函数值Ψ小于或等于设定门限值，则可以结束迭代。