一种面向个性化定制车间的智能排产调度方法

本发明涉及计算机科学，尤其涉及一种面向个性化定制车间的智能排产调度方法。

背景技术：

1、离散行业是一种以生产和加工离散物品为主要特征的行业类型，主要包括汽车制造、电子制造、医疗设备制造、航空航天制造等行业。离散制造生产流程涉及搬运、组装、加工等操作，能够将物料转化为具体的、可区分的成品。相比于连续制造，离散制造更注重个性化定制，通常根据客户订单或需求进行生产。因为每种个性化定制产品具有不同的特性、规格和要求，离散制造的生产方式面临着更多的复杂性和多样性，需要灵活调整生产流程，以满足客户的个性化需求。生产流程的频繁变更、生产设备的高度灵活性、不同产品工序的加工时间差异，以及为了保证物料运输的准确性和及时性，生产中通常使用自由度更高的自动导引运输车(automated guided vehicle，agv)参与生产运输。这些因素共同导致离散行业个性化定制生产加工的协同效率低下，易出现生产设备物料补充不及时和制成品滞留的风险。因此，对离散行业个性化定制车间的生产设备与agv进行协同调度至关重要。

2、目前的离散行业调度方法主要包括手工排产调度和自动排产系统调度。随着个性化定制需求的增加，依赖于人工经验和规则的手工排产调度方法往往效率低下，在满足快速变化的生产需求方面存在问题。传统的自动排产系统在考虑生产设备与agv之间的关联性方面存在不足，系统难以同时对生产设备和agv进行调度，导致生产设备与agv之间的任务调度不协调。因此，针对离散行业中个性化定制生产加工的协同效率低下，易出现生产设备物料补充不及时和制成品滞留风险高的问题。

技术实现思路

1、本发明主要解决离散行业中个性化定制生产加工的协同效率低下，易出现生产设备物料补充不及时和制成品滞留风险高的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种面向个性化定制车间的智能排产调度方法，包括以下步骤：构建场景模型，以降低作业最大完工时间和agv运行成本为目标设计目标函数。进行编码得到目标编码，目标编码包括固定编码和动态编码。构建解码存储器，存储作业调度过程中的基本信息。根据目标编码和解码存储器中的基本信息进行解码，得到作业最大完工时间和agv运行成本，代入目标函数。确定目标函数值最小的最优调度方案；其中，判断目标函数是否达到终止条件，若目标函数达到终止条件，则确定最小的目标函数值对应的调度方案为最优调度方案；若目标函数未达到终止条件，则先采用精英策略和轮盘赌选择法选择调度方案，再对固定编码进行交叉变异操作，返回构建解码存储器，存储作业调度过程中的基本信息的步骤，对目标函数迭代求解，直至得到最优调度方案。

3、在其他一些实施例中，在构建场景模型，以降低作业最大完工时间和agv运行成本为目标设计目标函数的步骤中，包括：

4、设置场景为n道作业在m台生产设备上加工，同时r台agv负责在所述生产设备之间对物料进行搬运，并对所述生产设备、所述作业和所述agv分别进行编号，得到对应的生产设备号、作业号和agv号；

5、对所述作业最大完工时间和agv运行成本分别建立数学模型，得到作业最大完工时间的时间模型和agv运行成本的成本模型；

6、所述时间模型为：其中，t(x)为作业最大完工时间，fji为第j道作业第i个工序的完工时间；n表示一共有n道作业；nj表示每道作业对应有nj个工序；fj(i-1)为第j道作业第(i-1)个工序的完工时间；dji为第j道作业第i个工序的运输时间；meji为第j道作业第i个工序所需生产设备的运行结束时间；sji为第j道作业第i个工序的开始时间；tji为第j道作业第i个工序的加工时间；

7、所述成本模型为：其中，c(x)为agv运行成本，ec(x)为agv的总能耗成本；ic(x)为agv的总空闲成本；we和wi分别为对应的权重；ek为第k个agv的单位能耗成本；dk为第k个agv的运行总时间；ck为第k个agv的单位空闲成本；tk为第k个agv的空闲总时间；

8、根据所述时间模型和所述成本模型得到所述目标函数为f(x)＝min(wtt(x)+wcc(x))，其中，wt和wc分别为所述作业最大完工时间和agv运行成本对应的权重。

9、在其他一些实施例中，在构建场景模型，以降低作业最大完工时间和agv运行成本为目标设计目标函数的步骤中，还包括对agv的运行距离进行数学建模，得到距离模型；

10、所述距离模型为一个主对角线为0的对称二维数组，表示为：

11、

12、其中，所述对称二维数组的行列数等于生产设备和仓储区域的数量和，每个元素可表示为trans[p][q]，为agv从位置p到位置q之间的运行距离。

13、在其他一些实施例中，在进行编码得到目标编码的步骤前，包括：

14、解析个性化定制产品的物料清单，对所需物料以及物料所在的仓储区域进行编号；

15、解析个性化定制产品的工序表，对每道作业的每个工序定义生产所需的生产设备序列、执行时间序列以及物料数量序列；

16、其中，所述物料清单包括个性化定制产品所需的各种物料信息及组装关系；所述工序表包括个性化定制产品生产过程中的工序顺序和时间等信息；所述生产设备序列与生产设备号有关，同类型的生产设备对同一工序的执行时间和消耗的物料数量相同。

17、在其他一些实施例中，在进行编码得到目标编码的步骤中，包括：

18、得到所述固定编码；其中，所述固定编码包括设备选择层编码、工序层编码和agv分配层编码，每一层编码的长度均等于所有作业的工序数量之和；所述设备选择层编码中每位编码代表对应工序可选对应生产设备的生产设备号；所述工序层编码用作业号直接编码，作业号出现的顺序表示该作业的多个工序的先后加工顺序，作业号的出现次数等于该作业的工序总数；所述agv分配层编码使用agv号对agv进行分配编码，所述agv分配层编码中的每个位置从左到右依次对应第一道作业到第n道作业的所有工序使用的agv对应的agv号；

19、对所述固定编码进行预解码得到所述动态编码；其中，所述动态编码为物料补充层编码，所述物料补充层编码使用-1和agv号进行编码，-1表示不需要对生产设备补充物料，agv号表示需要执行补充物料的agv，所述物料补充层编码的长度等于所有作业的工序数量之和。

20、在其他一些实施例中，所述解码存储器包括生产设备信息存储模块、作业信息存储模块和agv信息存储模块，分别存储作业调度过程中的生产设备信息、作业信息和agv信息。

21、在其他一些实施例中，在根据所述目标编码和所述解码存储器中的基本信息进行解码，得到所述作业最大完工时间和agv运行成本，代入目标函数的步骤中，包括：

22、根据所述目标编码，在所述解码存储器中获得当前工序对应的信息；

23、计算得到当前agv的使用时间段；

24、更新所述解码存储器中的存储信息；

25、判断所有作业的所有工序是否执行完毕；

26、若所有作业的所有工序未执行完毕，则以下一个工序为当前工序，重复上述步骤，直至所有作业的所有工序执行完毕；

27、若所有作业的所有工序均执行完毕，则从所述解码存储器中获得所述作业最大完工时间和agv运行成本，其中，包括：从所述作业信息存储模块中获取所有作业的完成时间，并找出其中的最大值作为当前的作业最大完工时间；根据所述agv信息存储模块中存储的agv的使用时间段、单位能耗成本以及单位空闲成本等agv信息计算所有agv的能耗成本和空闲成本，代入所述成本模型，得到所述agv运行成本；

28、将所述作业最大完工时间和agv运行成本代入所述目标函数，得到目标函数值。

29、在其他一些实施例中，在计算得到当前agv的使用时间段的步骤中，包括：

30、计算当前agv从当前所在的第一位置到需要搬运的作业的第二位置的第一运载时间，以及从第二位置到执行下一个工序的生产设备所在的第三位置的第二运载时间，表示为：

31、其中，tcosta为第一运载时间，tcostb为第二运载时间，a.cursite为所述第一位置，jsite为所述第二位置，j.mt[j.cur_op]为所述第三位置，j.cur_op为所述下一个工序，a.speed为所述当前agv的运行速度；

32、通过所述第一运载时间和所述第二运载时间计算得到当前agv的使用时间段，表示为其中，stime为当前agv的使用开始时间，etime为当前agv的使用结束时间，j.end为当前作业的结束时间，a.end为上一个工序对应的agv的使用结束时间。

33、在其他一些实施例中，在采用精英策略和轮盘赌选择法选择调度方案的步骤中，包括：

34、先使用精英策略选择目标函数值最小的v个调度方案；

35、再使用轮盘赌选择法选择(l-v)个调度方案；其中，l为目标函数值的个数。

36、在其他一些实施例中，在对所述固定编码进行交叉变异操作的步骤中，包括：

37、对所述固定编码进行交叉操作；

38、对所述工序层编码和所述agv分配层编码进行变异操作。

39、本发明的有益效果是：本发明公开了一种面向个性化定制车间的智能排产调度方法，包括以下步骤：构建场景模型，以降低作业最大完工时间和agv运行成本为目标设计目标函数。进行编码得到目标编码，目标编码包括固定编码和动态编码。构建解码存储器，存储作业调度过程中的基本信息。根据目标编码和解码存储器中的基本信息进行解码，得到作业最大完工时间和agv运行成本，代入目标函数。确定目标函数值最小的最优调度方案；其中，判断目标函数是否达到终止条件，若目标函数达到终止条件，则确定最小的目标函数值对应的调度方案为最优调度方案；若目标函数未达到终止条件，则先采用精英策略和轮盘赌选择法选择调度方案，再对固定编码进行交叉变异操作，返回构建解码存储器，存储作业调度过程中的基本信息的步骤，对目标函数迭代求解，直至得到最优调度方案。本发明考虑了agv与个性化定制车间的协同调度问题，通过合理的生产设备安排和agv分配，能够实现作业最大完工时间和agv的运行成本的平衡优化，能够准确及时地对生产设备和agv进行调度，满足离散行业高效率、高可靠性的生产需求。