一种具有改机操作的制造车间的排产优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生产排产优化领域，具体设及一种具有改机操作的制造车间的排产优 化方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的飞速发展，人们对物质的需求急剧增加，在大型制造企业中，每天需 要完成大量的生产订单，因此，实施信息化的生产组织管理和优化决策成了制造业迅速发 展的迫切需要；生产排产作为企业生产管理中的重要部分，其生产计划安排的高效性直接 关系到企业的经济效益；近几年来，排产领域已有大量的理论研究工作，学者们开发了多种 高效的智能优化算法，然而由于一些企业生产规模的巨大，W及产品种类繁多，各种算法在 解决实际排产问题时仍面临着巨大的挑战；目前，一些复杂的排产优化问题依然得不到很 好地解决，具有改机工序的排产优化问题就是其中之一。
[0003] 在一些制造车间中，由于产品的多样性，W及生产规模的局限，机器在加工时，通 常需要进行改机操作，改机操作为一类问题的抽象概念，如更换零件，更换材料，或在不同 类型产品的加工间隙对工位进行的清洁重置等工作，W满足下一个工件的加工需要，改机 操作会带来额外的时间消耗，因此大量的改机操作的存在，会极大地降低了车间的生产效 率，严重影响企业的效益。
[0004] 现有的相关工作中，主要采用智能算法对存在改机操作的制造车间排产问题进行 直接优化求解；然而，由于实际生产中，生产任务规模巨大，且问题本身复杂度高，单一的智 能优化算法很难在最终求得较好的解；其中，在专利"一种解决改机问题的限定分配调度方 法"提出在投料时对物料进行聚类操作来解决存在改机操作的排产优化问题，该方法能一 定程度上解决小规模生产中的此类问题，然而对于大规模的多工序生产制造过程，其效果 欠佳。
【发明内容】
阳〇化]针对现有技术的不足，本发明提出一种具有改机操作的制造车间的排产优化方 法，W达到能够对大规模生产的速度进行优化、减少改机操作的次数和时间浪费、提高制造 车间生产效率和增加企业利益的目的。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种具有改机操作的制造车间的排产优化方法，包括W下步骤：
[0007] 步骤1、获取制造车间的生产数据，包括待加工工件的数量、每个待加工工件在各 道工序中加工所需加工时间、每个待加工工件在各道工序中的加工要求和各道工序中任意 两种要求之间进行改机操作所需改机时间；
[0008] 步骤2、建立重复合作博弈模型，并采用建立完成的重复合作博弈模型，获得当前 工序中每个待加工工件的工位分配方案，具体步骤如下：
[0009] 步骤2. 1、定义当前工序中，每个待加工工件进行工位分配的工位类型，具体为：
[0010] (l)new-machine类型工位：该类型工位未加工过工件，无需进行改机操作，能够 对任意加工要求的待加工工件进行加工；
[0011] (2)pr巧ared-machine类型工位：待加工工件的前道工序所有工件的完工时间大 于等于该类型工位前一个加工工件的完工时间与该类型工位加工待加工工件所需改机时 间之和；
[0012] (3)same-machine类型工位：该类型工位前一个加工工件与待加工工件的加工要 求相同，无需进行改机操作；
[0013] (4)different-machine类型工位：该类型工位前一个加工工件与待加工工件的 加工要求不同，需要进行一次改机操作后加工待加工工件；
[0014] 步骤2. 2、根据所定义的工位类型，W最小化改机时间和最小化最大前道工序所有 工件的完工时间为排产目标，设定当前工序中每个待加工工件的工位分配约束条件，即重 复合作博弈模型中博弈玩家的可执行动作集，具体为：
[0015] (Dnew-rule:当存在new-machine类型工位时，选择该类型工位；
[0016] (2)pr巧ared-rule:当存在pr巧ared-machine类型工位时，选择该类型工位；
[0017] (3)same-rule:当存在same-machine类型工位时，选择该类型工位；
[0018] (4)earliest-rule:选择最早开始为工件加工的类型工位；
[0019] (5)CAT-rule:选择所需改机时间最小的类型工位；
[0020] (6)FAM-;rule:选择空闲时间最长的类型工位；
[0021] 步骤2. 3、建立重复合作博弈模型，具体为：
[0022] 设定博弈阶段数，即当前工序中待加工工件的数量；
[0023] 设定博弈玩家数量为2 ;
[0024] 设定博弈玩家1的收益为：所有待加工工件的开工时间之和，数值越小收益越高； 设定博弈玩家2的收益为所有工位进行改机操作所需改机时间之和，数值越小收益越高； [00巧]所述待加工工件的开工时间为：每个待加工工件在各道工序的工位上开始加工的 时间；
[00%] 设定博弈玩家策略为：服从-支配，采用服从策略的玩家对工件不采取行动，采用 支配的玩家W减少自身收益损失为目的，为每个待加工工件选择工位进行加工；
[0027] 设定博弈玩家1进行支配策略的动作集排序从优先级高到低为：new-rule,prepa red-rule,e曰rliest-rule,CAT-rule,FAM-rule;
[0028] 设定博弈玩家2进行支配策略的动作集排序从优先级高到低为：3曰1116-削16，116讯-rule,CAT-rule,FAM-rule;
[0029] 设定博弈规则为：两个博弈玩家轮流享有优先选择策略的权利；
[0030] 设定合作协议为：当两个博弈玩家的利益产生冲突时，利益损失受策略选择影响 小的博弈玩家主动选择服从策略，另一个博弈玩家选择支配策略，当其中任意玩家违反协 议，则在后续的阶段性博弈中，当另一个博弈玩家享有优先选择策略的权利时，另一个博弈 玩家直接选择支配策略，直到所有博弈阶段均结束；
[0031] 步骤2. 4、采用建立完成的重复合作博弈模型，获得当前工序中每个待加工工件的 工位分配方案，包括W下步骤：
[0032] 步骤2. 4. 1、设定每个博弈阶段中可能存在的博弈情景类型，具体为：
[0033] (1)仅存在new-machine类型工位；
[0034] (2)存在new-machine类型工位和same-machine类型工位；
[0035] (3)仅存在new-machine类型工位和different-machine类型工位；
[0036] (4)存在pr巧ared-machine类型工位，不存在new-machine类型工位，且可能存在 same-machine类型工位或different-machine类型工位；
[0037] 巧）仅存在same-machine类型工位或different-machine类型工位；
[0038] 步骤2. 4. 2、在第一个博弈阶段中，确定该博弈阶段的博弈情景类型，并判断在该 博弈情景类型中，博弈玩家1与博弈玩家2是否均执行相同动作，若是，执行步骤2. 4. 3,否 贝1J，执行步骤2. 4. 4;
[0039] 步骤2. 4. 3、选择任意博弈玩家进行支配策略，另一个博弈玩家进行服从策略，并 执行步骤2. 4. 5;
[0040] 步骤2. 4. 4、分别获得博弈玩家1与博弈玩家2的收益损失并进行比对，选择收益 损失大的博弈玩家进行支配策略，另一个博弈玩家进行服从策略，若博弈玩家1的收益损 失与博弈玩家2的收益损失相等，则选择其中任意博弈玩家进行支配策略，另一个博弈玩 家进行服从策略；
[0041]所述收益损失为：每个博弈玩家采用支配策略所获得的收益与每个博弈玩家采用 服从策略所获得的收益之差；
[0042] 步骤2. 4. 5、在下一个博弈阶段中，另一个博弈玩家享有优先选择策略的权利；确 定下一个博弈阶段的博弈情景类型，并判断在该博弈情景类型中，博弈玩家1与博弈玩家2 是否均执行相同动作，若是，执行步骤2. 4. 6,否则，执行步骤2. 4. 7;
[0043] 步骤2. 4. 6、享有优先选择策略权利的博弈玩家进行支配策略，另一个博弈玩家进 行服从策略，并执行步骤2. 4. 8;
[0044] 步骤2. 4. 7、分别获得博弈玩家1与博弈玩家2的收益损失并进行比对，选择收益 损失大的博弈玩家进行支配策略，另一个博弈玩家进行服从策略，若博弈玩家1的收益损 失与博弈玩家2的收益损失相等，则享有优先选择权利的博弈玩家进行支配策略，另一个 玩家进行服从策略；
[0045] 步骤2. 4. 8、重复执行步骤2. 4. 5到步骤2. 4. 7,直至所有博弈阶段均结束，每个博 弈阶段中进行支配策略的博弈玩家所执行的动作即为当前工序中每个待加工工件的工位 分配方案；
[0046] 步骤3、工作人员根据生产需求，获得每道工序中每个待加工工件的工位分配方案 并进行工件排产，完成生产任务。
[0047] 本发明的优点