专利名称：一种基于元胞机的大型零件柔性作业车间的动态调度方法
技术领域：
本发明涉及作业车间的调度方法，尤其是一种大型零件柔性作业车间的动态调度方法。
背景技术：
随着科学技术的快速发展和市场竞争的日趋激烈，大部分企业的生产模式由传统的单一、大批量生产向多品种、小批量或单件生产转变，生产过程结构类型进一步复杂化， 传统的生产调度方法已经无法适应高度变化的订单需求。供应链上处于供应商和仓储商之间的制造商群体订单的高变动率以及不可预见性，使得其生产调度问题变得格外复杂。供应链上大型零件生产车间的生产调度，属于柔性作业车间调度(Flexible Job-Shop Scheduling)和动态调度(Dynamic Scheduling)结合的一类调度，并有工件体积大、加工工时长等特点。目前此类企业常规调度的主要问题是(I)工厂设备负荷不均，部分设备无法满负荷运转，甚至以较低负荷运转，部分设备超负荷运转；(2)应对设备故障、紧急插单、工件返修的能力差，部分产品订单无法按期交货；(3)设备故障率及各台设备的产能估算能力弱。目前，国内外完全针对大型机械零件生产车间调度问题的研究非常少，关于柔性作业车间动态调度的研究也不多，和一般的生产调度问题一样。
发明内容
为了克服已有现有的作业车间调度方法的设备运行效率较低、稳定性较差的不足，本发明提供一种提高设备运行效率、增强稳定性的基于元胞机的大型零件柔性作业车间的动态调度方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于元胞机的大型零件柔性作业车间的动态调度方法，包括如下步骤I)建立元胞机的网格模型将整个车间设定为一个包含移动粒子的二维网格系统，每个网格作为一个元胞代表一个加工工位或缓存，每个工位某一时刻只能加工一个零件，缓存区的工件排队等待，设定所述大型零件柔性作业车间共有η个工位组，每组包含的工位个数m(n)只与工位组别号η有关，一般不等，每一工位组包含的工位个数和与其对应的缓存组的缓存个数相，，移动粒子表示随机到达系统的工件，2)元胞状态描述设计根据元胞状态函数欠+1 =/(欠,&)，任意一缓存元胞t+1 时刻的状态可用以下数学形式表示(I);同样，任意工位元胞t+Ι时刻的状态表示为(2); 缓存元胞t时刻的状态属性表示为(3);工位元胞t时刻的状态属性表示为(4)3)初始条件和边界条件设定工件粒子t时刻的状态属性，表达式如下(5)，整个模型系统的初始和入口边界条件定义成各粒子进入系统的节拍，出口边界条件是供应链下游工厂对产品的接受能力；
4)确定模型自组织演化规则大型零件柔性作业车间动态调度问题的优化目标概括为3点(I)各道工序完工时间早；(2)各工位负荷率高，空闲少；(3)同一工位组中所有工位负荷平衡，根据柔性作业车间动态调度的特点将本模型的自组织演化规则归纳为三条，表I所示，
权利要求
1.一种基于元胞机的大型零件柔性作业车间的动态调度方法，其特征在于包括如下步骤1)建立元胞机的网格模型将整个车间设定为一个包含移动粒子的二维网格系统，每个网格作为一个元胞代表一个加工工位或缓存，每个工位某一时刻只能加工一个零件，缓存区的工件排队等待，设定所述大型零件柔性作业车间共有η个工位组，每组包含的工位个数m(n)只与工位组别号η有关，一般不等，每一工位组包含的工位个数和与其对应的缓存组的缓存个数相，，移动粒子表示随机到达系统的工件，2)元胞状态描述设计根据元胞状态函数欠+1= /(SUS1n)，任意一缓存元胞t+Ι时刻的状态可用以下数学形式表示
2.如权利要求1所述的一种基于元胞机的大型零件柔性作业车间的动态调度方法，其特征在于所述步骤4)中，采用遗传算法对元胞机的演化规则进行优化，过程如下设一个工位组和其对应的缓存组为一个单元，每一个时步内，每个单元的调度机制相同，转化为一个个静态柔性调度问题，最优目标有3个(1)各道工序完工时间早；(2)各工位负荷率高，空闲少；(3)同一工位组中所有工位负荷平衡，下面，利用遗传算法对工位选择规则Rp 和工件排序规则Rpp进行编码；元胞机各调度单元每个时步内的模型描述为n个工件粒子要在包含m个同类工位的工位组中进行加工，m个工位分别对应m个缓存，每个工位的加工效率不同，每个工件在此工位组中只需完成一道工序，每道工序根据实际要求可供选择的工位是工位组中的某几个或全部，每道工序在不同的工位上加工所需的时间不一，设工件粒子集 P = Ρι Ρ2，Ρ3，......，Pnl ；ZC^A/.S — (S1 j S27 S3j......, Sm};缓存集 B= {b1；b2,b3,......，bm}；工序Ou表示第i个工件的第j道工序，本模型研究范围内每个工件只有唯一一道工序，也即每个工件对应的j只有一个；第X个工位组的加工时间矩阵T，其中Tuxy表示第i个工件的第j道工序在第X个工位组的第y个工位上加工所需要的时间；设备维修时间信息，每台设备的故障率为Ay;子目标权重W1, W2, W3,η所有工序总加工时间最短，即minZ(TA)，为了配合其余两个子目标，使之相对统一，i=l对其进行如下处理，使子目标I转化为最大值，且不至于过分接近于0，
3、如权利要求2所述的一种基于元胞机的大型零件柔性作业车间的动态调度方法，其特征在于所述交叉操作中，工序排序部分染色体的交叉选用POX交叉法，设有父代染色体Parentl和Parent2，POX产生子代染色体 Childrenl和Children2,具体流程如下1)随机划分工件集{1，2，3，.. .，η}为两个非空子集Jl和J2 ；2)复制Parentl包含在Jl的工件到Childrenl,Parent2包含在Jl的工件到Children2，保留它们的位置；3)复制Parent2包含在J2的工件到Childrenl, Parentl包含在J2的工件到 Ch i I dr en2,保留它们的顺序。
全文摘要
一种基于元胞机的大型零件柔性作业车间的动态调度方法，包括如下步骤1)建立元胞机的网格模型；2)元胞状态描述；3)整个模型系统的初始和入口边界条件定义成各粒子进入系统的节拍，出口边界条件是供应链下游工厂对产品的接受能力；4)确定模型自组织演化规则；4)工位选择规则Rp→c是以第j道工序加工完成为起点，第j+1道工序加工完成为终点的这段时间(wq+wl÷pe)为衡量标准，选择(wq+wl÷pe)最小的工位作为第j+1道工序的加工工位，工件排序规则Rc→p则是按照先到先服务规则结合工件加工优先级决定的。本发明提高设备运行效率、增强稳定性。
文档编号G05B13/04GK102608916SQ20121003402
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月15日 优先权日2012年2月15日
发明者吴云翔, 潘益菁, 盛家君, 邱晓杰, 陈勇 申请人:浙江工业大学