一种两阶段装配流水车间调度方法技术

本发明专利技术属于车间调度技术领域，具体的说是一种两阶段装配流水车间调度方法。该方法包括以下步骤：步骤一、建立不同交货期窗口约束下的两阶段装配流水车间调度的目标函数；步骤二、确定调度过程的约束条件；步骤三、采用基于细胞受体的人工免疫系统算法求解所述目标函数，经过迭代运算，将满足停止条件的解解码后作为最终的调度方案。本发明专利技术是一种基于细胞受体的人工免疫系统算法获得工作加工最优调度的两阶段装配流水车间调度方法，解决了现有技术在求解不同交货期窗口约束下的两阶段装配流水车间调度问题时无法求解大规模问题、收敛精度低、收敛速度慢的问题。

A two stage assembly flow shop scheduling method

The invention belongs to the field of shop scheduling technology, in particular to a two stage assembly flow shop scheduling method. The method includes the following steps: Step 1, set up the objective function of the two stage assembly flow shop scheduling under the constraints of different delivery windows; step two, determine the constraints of the scheduling process; step three, use a cell receptor based artificial immune system algorithm to solve the target function, through iterative operation, will be full. The foot stop condition is used as the final scheduling solution after the decoding code. The invention is a two stage assembly flow shop scheduling method, which is based on the cell receptor artificial immune system algorithm to obtain the optimal scheduling of working processing. It solves the problem that the existing technology can not solve the large-scale problem, the convergence precision is low, and the convergence is convergent when the two stage assembly flow shop scheduling problem under the constraints of different delivery window constraints is solved. The problem of slow speed.

【技术实现步骤摘要】
一种两阶段装配流水车间调度方法
本专利技术属于车间调度
，具体的说是一种两阶段装配流水车间调度方法。
技术介绍
两阶段装配流水车间调度问题(Two-stageAssemblyFlowshopSchedulingProblem,TSAFSP)是一种车间调度问题，广泛存在于各种生产过程中，如计算机制造和消防车生产等。经典TSAFSP包括制造与装配两个阶段，其中制造阶段有m台并行同速机，装配阶段只有一台装配机。一个工件的加工工艺包含m+1项操作，其中m项操作在制造阶段进行，而后经过装配操作将零部件组装成最终工件。当制造阶段机器的数量为2时，该问题就被证实为NP-hard问题，所以TSAFSP是一个NP-hard问题。经典TSAFSP调度问题对实际问题做了较大的简化，然而实际生产环境要复杂的多，出于理论研究和工程实际的需要，研究者提出了各种TSAFSP调度问题模型进行研究。首先，制造阶段每项操作加工处理的零件可以是多个同类型的零件，如果将每项操作理解为一个批次的话，每项操作可以拆分为多个小的批次，并在不同的并行同速机上进行加工，这更贴近实际生产情况。其次，由于零件类型的不同及拆分的处理，准备时间应当从加工时间中分离出来，在每项操作前都会有相应的准备时间。另外，之前大多数的研究成果在考虑工件交货期约束时，将其视为一个时间点。然而，在制造业生产中，工作更倾向于被要求在一个时间窗口内完成。工作早于这个时间窗口的起始时间完工的话，会产生库存成本；而晚于这个时间窗口结束时间完工的话，会产生延迟费。如何综合考虑上述实际生产因素，科学地制定车间调度方案，对于降低生产管理成本、提高机器利用率、和满足客户个性化的收货时间窗需求起着至关重要的作用。两阶段装配流水车间调度方法的研究最初主要应用动态规划、分支定界等精确算法，但这些方法通常计算时间较长，不适用于求解大规模问题。今年来，随着计算智能方法的发展，越来越多的智能优化算法，如变领域搜索算法(InternationalJournalofProductionResearch,2014,52(19):5626-5639)、粒子群优化算法(Computers&OperationsResearch,2009,36(9):2682-2689)、模拟退火算法(AdvancesinEngineeringSoftware,2010,41(10):1238-1243)被应用于求解两阶段装配流水车间调度问题。但这些算法由于收敛能力不足，对于上述更接近实际环境的两阶段装配流水车间问题，不能在规定的时间内求得满意解。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于细胞受体的人工免疫系统算法(RAIS)获得工作加工最优调度的两阶段装配流水车间调度方法，解决了现有技术在求解不同交货期窗口约束下的两阶段装配流水车间调度问题时无法求解大规模问题、收敛精度低、收敛速度慢的问题。本专利技术技术方案结合附图说明如下：一种两阶段装配流水车间调度方法，该方法包括以下步骤：步骤一、建立不同交货期窗口约束下的两阶段装配流水车间调度的目标函数；步骤二、确定调度过程的约束条件；步骤三、采用基于细胞受体的人工免疫系统算法即RAIS算法求解所述目标函数，经过迭代运算，将满足停止条件的解解码后作为最终的调度方案。步骤一中所述的目标函数如下：i为工件号，n为工件个数；αi为工件i的单位提前惩罚成本，βi为工件i的单位滞后惩罚成本；Ei为工件i的提前时间，Ti为工件i的滞后时间；Z为提前与滞后惩罚成本加权和。步骤二中所述的约束条件包括：零件在并行同速机上不同位置约束：零件拆分处理约束：M×xjtk≥qjtkj,t＝1,2,...,h,k＝1,2,...m(6)qjtk-1≥M×(xjtk-1)j,t＝1,2,...,h,k＝1,2,...m(7)同一并行同速机不同位置上的零件完工时间约束：C0k＝0k＝1,2,...,m(8)工件在装配机不同位置约束：装配机不同位置上的工件完工时间约束：Cr≥Fi+Ai-M×(1-yir)i,r＝1,2,...,n(13)工件提前成本与滞后成本约束：Ei≥ei-Cr-M×(1-yir)i,r＝1,2,...,n(15)Ti≥Cr-di-M×(1-yir)i,r＝1,2,...,n(16)Ei≥0i＝1,2,...,n(17)Ti≥0i＝1,2,...,n(18)上述公式(2)～(18)中，存在以下决策标量：r为装配机上工件加工的位置号；m为并行同速机个数；k为并行同速机号；h为总的零件种类数；j为零部件种类号；t为并行同速机上零件加工的位置号；Ji为工件i的零件种类集；s1j为加工零件j前的准备时间；q1j为零件j的总个数；p1j为零件j的单个加工时间；s2i为加工工件i前的准备时间；Ai为工件i的装配时间；ei为工件i交货期窗口的起始时间；di为工件i交货期窗口的结束时间；Ctk为并行同速机k位置t上的零件的完工时间；C(t-1)k为并行同速机k位置t-1上的零件的完工时间；C0k为并行同速机k位置0上的完工时间即机器未进行加工状态下的时间点；Fi为工件i进行装配操作的最早开始时间；Cr为装配机位置r上的工件的完工时间；Cr-1为装配机位置r-1上的工件的完工时间；qjtk为并行同速机k位置t上的零件j的个数；M为一个足够大的正整数；在上述公式(2)～(18)中，存在以下决策变量：所述的步骤三的具体方法如下：用RAIS求解不同交货期窗口约束下的TSAFSP包括编码、解码和适应度值计算的操作；31)编码时，每个受体采用基于工件序列的编码，记作(π1,π2,...,πn)，即加工位置i处的工件为πi；32)解码时，每个受体的解码步骤如下：步骤3.2.1：依据公式(2)～(10)，采用拆分法确定每台并行同速机上零件种类、数量和完工时间；a.设定i＝1,转b；b.计算其中CT0k＝0，如果i≤n，则计算并对TPj按从大到小排序得转c；如果i＝n+1，则停止；c.设定t＝1，MCTk＝0(k＝1,2,...,m)转d；d.令w为min(MCT1,MCT2,...,MCTm)的机器号，如果q1t′＝0，则令t＝t+1转d；如果同时满足q1t′＞0，则q′tw＝q′1t，q1t′＝0，CTiw＝MCTw+s1t′+p1t′×qtw′，MCTw＝CTiw，令t＝t+1转d；如果同时满足q1t′＞0，则q1t′＝q1t′-qtw′，CTiw＝MCTw+s1t′+p1t′×qtw′，MCTw＝CTiw，转d；如果同时满足q1t′＞0，则qtw′＝q1t′，q1t′＝0，CTiw＝MCTw+s1t′+p1t′×qtw′，MCTw＝CTiw令t＝t+1转d；如果且q1t′＝0，则i＝i+1转b；步骤3.2.1中存在以下决策标量：i为工件加工位置号，j为零件号，k为并行同速机器号；为加工位置号为i的工件的零件在制造阶段的完工时间下界；CTik为加工位置号为i的工件的零件在并行同速机k上的最大完工时间；CTiw为加工位置号为i的工件的零件在并行同速机w上的最大完工时间；CT(i-1)k为加工位置号为i-1的工件的零件在并行同速机k上的最大完工时间；为装配工件πi所需的零件种类数；为工件πi的零件j的不拆分总处理时间；为装配工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两阶段装配流水车间调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、建立不同交货期窗口约束下的两阶段装配流水车间调度的目标函数；步骤二、确定调度过程的约束条件；步骤三、采用基于细胞受体的人工免疫系统算法即RAIS算法求解所述目标函数，经过迭代运算，将满足停止条件的解解码后作为最终的调度方案。

【技术特征摘要】
1.一种两阶段装配流水车间调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、建立不同交货期窗口约束下的两阶段装配流水车间调度的目标函数；步骤二、确定调度过程的约束条件；步骤三、采用基于细胞受体的人工免疫系统算法即RAIS算法求解所述目标函数，经过迭代运算，将满足停止条件的解解码后作为最终的调度方案。2.根据权利要求1所述的一种两阶段装配流水车间调度方法，其特征在于，步骤一中所述的目标函数如下：i为工件号，n为工件个数；αi为工件i的单位提前惩罚成本，βi为工件i的单位滞后惩罚成本；Ei为工件i的提前时间，Ti为工件i的滞后时间；Z为提前与滞后惩罚成本加权和。3.根据权利要求1所述的一种两阶段装配流水车间调度方法，其特征在于，步骤二中所述的约束条件包括：零件在并行同速机上不同位置约束：零件拆分处理约束：M×xjtk≥qjtkj,t＝1,2,...,h,k＝1,2,...m(6)qjtk-1≥M×(xjtk-1)j,t＝1,2,...,h,k＝1,2,...m(7)同一并行同速机不同位置上的零件完工时间约束：C0k＝0k＝1,2,...,m(8)工件在装配机不同位置约束：装配机不同位置上的工件完工时间约束：Cr≥Fi+Ai-M×(1-yir)i,r＝1,2,...,n(13)工件提前成本与滞后成本约束：Ei≥ei-Cr-M×(1-yir)i,r＝1,2,...,n(15)Ti≥Cr-di-M×(1-yir)i,r＝1,2,...,n(16)Ei≥0i＝1,2,...,n(17)Ti≥0i＝1,2,...,n(18)上述公式(2)～(18)中，存在以下决策标量：r为装配机上工件加工的位置号；m为并行同速机个数；k为并行同速机号；h为总的零件种类数；j为零部件种类号；t为并行同速机上零件加工的位置号；Ji为工件i的零件种类集；s1j为加工零件j前的准备时间；q1j为零件j的总个数；p1j为零件j的单个加工时间；s2i为加工工件i前的准备时间；Ai为工件i的装配时间；ei为工件i交货期窗口的起始时间；di为工件i交货期窗口的结束时间；Ctk为并行同速机k位置t上的零件的完工时间；C(t-1)k为并行同速机k位置t-1上的零件的完工时间；C0k为并行同速机k位置0上的完工时间即机器未进行加工状态下的时间点；Fi为工件i进行装配操作的最早开始时间；Cr为装配机位置r上的工件的完工时间；Cr-1为装配机位置r-1上的工件的完工时间；qjtk为并行同速机k位置t上的零件j的个数；M为一个足够大的正整数；在上述公式(2)～(18)中，存在以下决策变量：。4.根据权利要求1所述的一种两阶段装配流水车间调度方法，其特征在于，所述的步骤三的具体方法如下：用RAIS求解不同交货期窗口约束下的TSAFSP包括编码、解码和适应度值计算的操作；31)编码时，每个受体采用基于工件序列的编码，记作(π1,π2,...,πn)，即加工位置i处的工件为πi；32)解码时，每个受体的解码步骤如下：步骤3.2.1：依据公式(2)～(10)，采用拆分法确定每台并行同速机上零件种类、数量和完工时间；a.设定i＝1,转b；b.计算其中CT0k＝0，如果i≤n，则计算并对TPj按从大到小排序得转c；如果i＝n+1，则停止；c.设定t＝1，MCTk＝0(k＝1,2,...,m)转d；d.令w为min(MCT1,MCT2,...,MCTm)的机器号，如果q1t′＝0，则令t＝t+1转d；如果同时满足q1t′＞0，则qtw′＝q1′t，q1t′＝0，CTiw＝MCTw+s1t′+p1t′×qtw′，MCTw＝CTiw，令t＝t+1转d；如果同时满足q1t′＞0，则q1t′＝q1t′-qtw′，CTiw＝MCTw+s1t′+p1t′×qtw′，MCTw＝CTiw，转d；如果同时满足q1t′＞0，则qtw′＝q1t′，q1t′＝0，CTiw＝MCTw+s1t′+p1t′×qtw′，MCTw＝CTiw令t＝t+1转d；如果且q1t′＝0，则i＝i+1转b；步骤3.2.1中存在以下决策标量：i为工件加工位置号，j为零件号，k为并行同速机器号；为加工位置号为i的工件的零件在制造阶段的完工时间下界；CTik为加工位置号为i的工件的零件在并行同速机k上的最大完工时间；CTiw为加工位置号为i的工件的零件在并行同速机w上的最大完工时间；CT(i-1)k为加工位置号为i-1的工件的零件在并行同速机k上的最大完工时间；为装配工件πi所需的零件种类数；为工件πi的零件j的不拆分总处理时间；为装配工件πi所需的种零件中，第t大的不拆分总处理时间；MCTk为并行同速机k的完工时间；MCTw为并行同速机w的完工时间；为装配工件πi所需的种零件中，不拆分总处理时间第t大的零件的总个数；为装配工件πi所需的种零件中，不拆分总处理时间第t大的零件在并行同速机w上的个数；为装配工件πi所需的种零件中，不拆分总处理时间第t大的零件的准备时间；为装配工件πi所需的种零件中，不拆分总处理时间第t大的零件的单个加工时间；为对数a向上取整；步骤3.2.2：依据公式(11)～(14)，采用空闲时间插入法确定装配机上工件的完工时间：a.设定i＝1，ACT＝0...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟翠萍，陈丰，王乐，邱猛，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22