专利名称：一种柔性路径下机加与装配交替混合调度方法
技术领域：
本发明涉及一种制造系统的调度方法，特别涉及一种柔性路径下机加与装配交替进行的混合调度方法，属于先进制造生产控制与调度优化领域。
背景技术：
一个完整的制造系统一般可分为机加子系统和装配子系统。在考虑生产调度的时候通常将这两个子系统独立求解。但在实际生产中，产品或部件的装配不必等待到所有零部件加工完毕，只要满足装配关系，就可以进入装配阶段。在产品多样化、市场需求大的背景下，各子系统独立调度的方式无法满足生产需要。因此需要将加工和装配子系统集成考虑，以提高生产效率并降低内耗。机加子系统的调度目标往往是与完工时间相关的，而装配子系统由于需要消耗机加子系统输出的零件，因此如何平衡负载和减小库存费用得到较多关注。因此对于机加和装配混合制造系统，如何均衡两个子系统的供给关系，使生产过程符合一定的节拍稳定进行，是目前的一个研究热点。近年来，随着产品的精密程度和复杂程度不断提高，对制造工艺的要求也随之提高。很多情况下，为了达到精度要求，需要将零件组装成部件，部件重新回到加工线进行机加，因此产生了机加与装配交替进行的工艺。据调研结果显示，这类工艺在一些复杂产品 (例如车辆传动装置)的生产中已经占到全部工艺的10%左右，而2005年以前仅占不到 2%。因此如果不将这类工艺流程纳入调度范畴，将会影响整个制造链的通畅。更特别地， 将零件装配成部件并进行机加之后，有时还要将部件进行分解。这类工艺的出现使得机加和装配子系统的耦合性更加紧密，也使调度问题更加复杂。与机加和装配子系统独立调度相比，集成两个子系统的混合调度的研究还比较少。最早提出机加装配混合调度的学者可能是Andrew Kusiak。自Kusiak以后，越来越多的学者开始关注机加和装配混合调度问题。按照生产模式主要分为流水车间和作业车间两种类型。在流水车间方面，Lee等人以最小化最大完工时间为目标，针对两台加工机器和一台装配机器的模型提出三种启发式算法。Potts等人提出了两阶段加工和装配混流车间， 第一阶段有m台加工机器，第二阶段有1台装配机器，提出一种启发式算法解决调度问题。 Yokoyama以最小化加权完工时间为目标，机加阶段是一个流水车间，装配阶段只由一台装配机器组成。通过改进的获取下界方法，把得到的下界用于分支定界算法中求解调度问题。在作业车间方面，Fry等以平均流经时间、平均滞后(Tardiness)和平均延迟 (Lateness)为目标，研究了不同产品结构和次序安排对机加和装配混合制造系统的性能影响。Doctor等以保证作业的交货期为前提，最大化机器利用率为目标，研究了加工和装配车间内多级装配的调度问题。Thiagarajan和Rajendran以最小化存储费用(Holding cost) 和滞后费用(Tardiness cost)为目标，对带装配操作的动态作业车间，提出了有效的分派规则。
虽然上述文献对集成机加和装配子系统的调度问题进行了研究，但是两个子系统从生产结构上仍然是相对独立的，即零件一旦装配之后则不再加工，只能继续装配，直至得到最终产品。据我们所知，目前只有美国宾夕法尼亚大学的Masin教授针对机加装配交替进行的混和调度有成果公开发表。Masin等人利用混合整数规划提出了一个目标函数广泛适用的问题模型，其中考虑了交货期和在制品费用，用一个机加工序和装配工序交织的时空网络图表示产品的机加装配关系，利用拉格朗日松弛把问题分解成作业子问题和机器子问题，两个子问题独立求解各自的目标。子问题都是自利的，追求自身的最优化目标。然后运用类市场(Market-like)的拍卖机制，机器充当拍卖者，作业充当投标者，解决加工和装配混合调度问题。然而，Masin的方案存在以下几点局限性(1)算法运行效率不够高，在实际生产中无法获得可接受的运行效率。(2)仿真实验没有体现机加和装配交替进行的情况，因此对算法效用的评估并不完善。另外，在实际生产中往往存在并行机或设备能力重叠的情况，形成柔性路径。Masin的方案没有考虑柔性路径的情况。另一方面，分布式方法在解决复杂大规模调度问题上表现出优越性。Macchiaroli 和Riemma基于Lin和Soldberg的模型，在考虑了机器柔性的情况下，提出了自治agent 协商的算法，给出了分别以平均滞后、最大滞后、延迟作业数、平均延迟为目标的解决方案，与四个常用的分派规则进行对比实验，验证了算法的有效性、健壮性和稳定性。 Siwamogsatham和^iygin基于Riemma等的基础，对算式进行了修正，进一步考虑了机器负载、机器利用率等目标，并且验证了修正后的算法有效性。因此可以考虑将分布式方法用于柔性路径下加工、装配(包括拆分)交替混合调度。目前，还未见有这方面的研究成果发表。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，在柔性路径下为机加、装配(包括分解)交替混合作业车间找到高效可行的调度方法，以保证交货期和最小化库存费用为目标，通过减小各工序间等待时间和产品的提前完成时间，来保证混合制造系统有节拍的运作。本发明考虑多种产品同时生产的情况，以保证交货期和最小化库存费用为调度目标。产品具有不同的下达时间和交货期，产品由多个零部件装配而成，每个零件作业包含多道工序。作业的类型有两种，一种是机加，另一种是装配(将拆分视为装配工序的特例)。 零件装配成部件后或者继续装配成为上一级部件，或者返回加工线机加；部件机加后或者与其他零部件进行装配，或者拆分成下一级零部件(拆分后的零部件通常进行精度校验或者各自机加)。最后所有零部件都要进入装配线装配成最终产品。在机加和装配阶段都存在柔性路径。除此之外，本发明还基于以下假设 工序的处理时间是已知且固定的，机器的准备时间(set-up time)包含在处理时间之中，同时不考虑工序在机器之间的转移时间； 如果部件包含子部件或零件，则部件的第一道工序只有在其所有子部件或零件的工序全部完成之后才能开始； 一道工序一次只能在一台机器上处理，且机器同时只能处理一道工序； 工序一旦开始便不可中断，也不可被其他工序抢占；
机器连续可用，不会出现故障；^Agent之间的通信不存在故障。下面，对本发明使用的图以及涉及到的一些定义进行简要介绍1.机加装配图本发明将机加装配工序关系用无环有向图表示，使之体现产品的工艺计划 (processing plan)，如
图1所示，定义为机加装配图。图中方框表示作业，圆圈表示工序。 作业间的箭头表示装配关系，可分为两种类型一种是装配，如错误！未找到引用源。中丄和J2装配成J3，其中J3中的第一道工序O31为装配工序；另一种是拆分，如J3经过机加工序后，拆分成J4和J5，其中J3的最后一道工序O33为拆分工序。作业内的箭头表示工序间的次序约束。图1表示了零件经过机加、装配、拆分等工序交替进行最后得到产品P的过程。容易看出，本发明提出的机加装配图很容易可以装换成A0E(ActiVity-0n-Edge， Α0Ε)图。通过引入一个哑结点0d_y，表示一道处理时间为0的工序，然后以任意一道工序为源点，都能转化成对应的AOE图，然后求解关键路径。以图2中工序C^3为例，它对应的AOE 图如图3所示。假设产品的工艺路线是柔性的，在机器加工能力相差不大的情况下，工序的处理时间取柔性路径上可选机器的处理时间的平均值。工序的处理信息如表1所示，则对应的关键路径是CP33 = {032，O31, O1J。表1图3中工序处理信息
权利要求
1. 一种柔性路径下机加与装配交替混合调度方法，包括以下步骤 第1步定义如下表所示的符号变量
2.根据权利要求1所述的一种柔性路径下机加与装配交替混合调度方法，其特征在于，所述参数 Nmax = 6，α = 0. 3，β = 0. 3。
全文摘要
本发明涉及一种柔性路径下机加与装配交替混合调度方法，包括以下步骤定义符号变量；建立全局唯一的监督代理SA，并建立全局数据库；转换成逆序问题；SA为订单中的每个作业创建一个作业代理JA，为每台机器创建一个机器代理MA；参数初始化；空闲MA与可调度集合中的JA协商确定调度方案；将求出的解转换回原问题域并判断是否可行。本发明能够解决产品生产过程中的柔性路径问题；能够处理机加、装配和拆分工序交替的具有复杂工艺计划的产品的调度；并且能保证交货期，减小库存费用。
文档编号G06F17/50GK102402734SQ20111031654
公开日2012年4月4日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者李冬妮, 梁啟锵, 裘将旭 申请人:北京理工大学