一种并行异速机混合流水车间动态任务分配方法

本发明属于混合流水车间任务分配，涉及一种并行异速机混合流水车间动态任务分配方法，具体地说，是由含有并行异速机的混合流水车间中的任务分配遇到不确定事件时引出的一种预测响应决策方法。

背景技术：

1、混合流水车间任务分配问题作为半导体制造过程、射频识别标签过程等现代生产环境的泛化问题，在过去的几十年里得到了广泛的研究。混合流水车间调度问题中包含两个子问题：工件排序和工件分配。由于并行机器的特征不同还可以将混合流水车间调度问题分为三类：并行同速机、并行异速机、不相关并行机。

2、在实际的生产过程中，同一阶段具有相同加工功能的设备由于型号不同或有不同的磨损程度，导致机器会有不同的加工速率。但是目前的研究大多数考虑的是并行同速机的情况，而含有并行异速机的研究较少，因此研究含有并行异速机的混合流水车间任务分配问题是很有必要的。

3、另外，目前求解任务分配问题的方法大多数都假设在一个静态制造环境中，然而生产计划受实时变化的扰动事件影响，干扰会使静态计划的实际执行偏离预期结果，例如，机器故障、新工件到达等情况。因此，合理地将工件分配给各个机器以此来提高加工效率十分重要。

4、鉴于上述情况，本领域技术人员亟需研发一种更加符合实际生产需要的并行异速机混合流水车间动态任务分配方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于提供一种基于混合逻辑动态预测模型的并行异速机混合流水车间动态任务分配方法，以解决现有技术中如何保证任务加工完成时间最短的动态分配问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提出了如下技术方案：

3、一种并行异速机混合流水车间动态任务分配方法，包括如下步骤：

4、步骤1、获取并行异速机混合流水车间的目标任务，基于所述目标任务确定决策变量及其约束，得到目标函数并构建用于预测生产系统状态的混合逻辑动态模型；

5、步骤2、引入模型预测控制算法来应对不确定性事件，使用有限时域内的滚动优化进行在线优化控制，得到模型预测控制器，记作mpc控制器；

6、步骤3、将并行异速机混合流水车间中各生产系统的状态信息及其对应的目标任务输入模型预测控制器中，得到保证目标任务完成时间最短，也即各个缓冲区内工件数最小条件下各生产系统中每个机器的任务分配结果以及加工完成时间。

7、进一步地，步骤1中，所述目标任务包括机器数量、阶段数量、工件信息、缓冲区数量、加工速率和规划时间；

8、进一步地，步骤1中，基于所述目标任务确定决策变量及其约束，得到目标函数，包括：

9、将所述规划时间离散化为若干个时间间隔，基于所述目标任务进行数学描述，得到相关决策变量；对所述决策变量进行约束，基于所述决策变量及其对应的约束，确定所述目标函数。

10、上述过程中，为了实现任务的动态分配，需要描述从时刻k到时刻k+1之间机器j的缓冲区内工件数目的变化情况，考虑到机器j所处的阶段数，首先描述机器j∈s1的情况，s1指阶段一的机器集合；对所述决策变量分别进行约束、将非线性的部分进行线性化；而后考虑机器j∈sh,h＝2,...,h的情况，sh指阶段h的机器集合。

11、进一步地，基于所述决策变量及其对应的约束，确定所述目标函数，包括：

12、通过引入离散变量的线性动态不等式描述并行异速机混合流水车间中加工工件的动态分配过程，利用所述决策变量及其对应的约束确定的总的缓冲区内工件数问题并基于混合整数线性优化，得到目标函数。

13、优选地，步骤2中包括：

14、在任意时刻，mpc控制器以混合逻辑动态模型为预测基础，利用检测到的并行异速机混合流水车间中各机器和工件的状态信息作为输入，预测并行异速机混合流水车间未来的系统状态，基于预测的系统状态和对应的约束条件，求解最大化生产效率的优化问题，通过不断求解优化问题得到混合流水车间的动态任务分配策略；

15、所述状态信息包括当前的任务状态、机器状态和工件信息。

16、优选地，所述优化问题通过商业求解器gurobi或cplex进行求解。

17、优选地，步骤3中包括：

18、基于并行异速机混合流水车间中各生产系统的状态信息及其对应的目标任务，通过使用滚动优化将全局规划模型分解为更小的局部规划模型，通过所述mpc控制器得到局部规划的结果，即得到每个机器的任务分配情况以及加工完成的总时间并输出。

19、本发明还包括能够使其正常使用的其它步骤，均为本领域的常规技术手段，另外，本发明中未加限定的步骤，均采用现有技术中的常规手段。

20、本发明的工作原理是：该方法考虑混合流水车间在进行任务分配时可能存在的不确定性事件，例如机器故障，新工件到达等情况，将问题建模为能预测生产状态的混合逻辑动态模型，并通过与模型预测控制算法结合，通过将整体规划问题分解为更小的局部规划模型，更好地应对生产过程的不确定事件，得到使生产效率最高的分配方案。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、本发明将混合逻辑动态模型与滚动优化相融合，通过将整体规划问题分解为更小的局部规划模型，在实际的工业生产制造过程中，能够更好地应对生产过程的不确定事件，从而合理地将工件分配给各个机器以此来提高加工效率，避免因机器故障而导致工件加工完成效率下降。

技术特征：

1.一种并行异速机混合流水车间动态任务分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的并行异速机混合流水车间动态任务分配方法，其特征在于，步骤1中，所述目标任务包括机器数量、阶段数量、工件信息、缓冲区数量、加工速率和规划时间。

3.根据权利要求2所述的并行异速机混合流水车间动态任务分配方法，其特征在于，步骤1中，基于所述目标任务确定决策变量及其约束，得到目标函数，包括：

4.根据权利要求3所述的并行异速机混合流水车间动态任务分配方法，其特征在于，基于所述决策变量及其对应的约束，确定所述目标函数，包括：

5.根据权利要求4所述的并行异速机混合流水车间动态任务分配方法，其特征在于，步骤2中包括：

6.根据权利要求5所述的并行异速机混合流水车间动态任务分配方法，其特征在于，所述优化问题通过商业求解器gurobi或cplex进行求解。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的并行异速机混合流水车间动态任务分配方法，其特征在于，步骤3中包括：

技术总结
本发明属于混合流水车间任务分配技术领域，涉及一种并行异速机混合流水车间动态任务分配方法，包括获取目标任务；基于所述目标任务确定决策变量及其约束，得到目标函数构建可预测生产系统状态的混合逻辑动态模型；引入模型预测控制算法，使用有限时域内的滚动优化进行在线优化控制，得到模型预测控制器，将并行异速机混合流水车间中各生产系统的状态信息及其对应的目标任务输入模型预测控制器中，得到各生产系统中每个机器的任务分配结果以及加工完成时间。本发明在实际的工业生产制造过程中，能够更好地应对生产过程的不确定事件，从而合理地将工件分配给各个机器以此来提高加工效率，避免因机器故障而导致工件加工完成效率下降。

技术研发人员：辛健斌,李思萱,周艳杰,彭金柱,张方方
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22