一种具有切换时间的成套订单的调度方法技术

本发明专利技术提供了一种具有切换时间的成套订单的调度方法，包括步骤：a)建立成套订单调度问题的数学模型；b)根据建立的数学模型，利用带邻域结构的人工蜂群算法进行计算：设置种群规模、邻域搜索代数、未改进代数上限；依据编码方案，初始化种群；采用半主动解码方式，得到个体的适应度值；寻找并占领优质蜜源，与跟随蜂分享蜜源信息；选择一个雇佣蜂并跟随其采蜜；判断雇佣蜂的个体改进的次数；当子代出现比当前雇佣蜂好的个体时，替换所述当前雇佣蜂个体；若未达到终止条件，则继续优化。相比于现有技术，本发明专利技术的调度方法可以使企业或工厂在给定资源以及约束的条件下，制定合理的生产策略，提高调度效率，减少企业的运营成本。

A scheduling method for complete orders with switching time

【技术实现步骤摘要】
一种具有切换时间的成套订单的调度方法
本专利技术涉及生产制造
，特别涉及一种具有切换时间的成套订单的调度方法。
技术介绍
随着中国智能制造2025、工业4.0等新的制造理念的兴起与发展，企业生产过程执行管理系统(ManufacturingExecutionSystem,MES)作为连接企业资源管理层(ERP)与生产制造层的桥梁，在层层之间的信息交互过程中发挥着不可或缺的作用。其中，生产调度作为MES层的关键环节，对于企业的经营和效益至关重要。在现有技术中，随着装配制造业的发展，生产装配具有朝着多样化、定制化方向发展的趋势。不同于传统调度问题，工件配套问题成为生产调度问题研究的新方向。举例来说，与传统生产调度指标不同，成套订单调度问题存在多工件按时完工，多工件成套的特点为：某订单包含多个工件，每个工件具有不同的交货期，若这些工件都能按时完工，表明包含这些工件的订单是成套的。切换时间(Setuptimes)主要包含工具准备时间、物料准备时间、机器准备时间等。在一般作业车间中，切换时间可以被忽略或者被包含在工序加工时间内。面向成套订单的生产调度问题存在于船舶飞机制造、大型机械设备制造等行业，具有广泛的实际背景，成为实际成生产过程中急需解决的问题，而具有切换时间的成套订单调度问题更是体现实际生产环境的复杂性和可变性。人工蜂群算法(ArtificialBeeColony,ABC)是2005年提出的一种新颖的基于群智能的全局优化算法，其直观背景来源于蜂群的采蜜行为，蜜蜂根据各自的分工进行不同的活动，并且实现蜂群信息的共享和交流，从而找到问题的最优解。人工蜂群算法属于群智能算法的一种，它的主要特点是不需要了解问题的特殊信息，只需要对问题进行优劣的比较，通过个体的局部寻优行为，使全局最优值突现出来，有着较快的收敛速度。目前尚无将蜂群算法用于求解成套订单的调度问题，因此研究基于蜂群算法成套订单的调度问题，在上述广泛的应用背景中具有一定的现实意义。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺陷，本专利技术的主要目的是在于，针对成套订单的调度问题，提供了一种解决具有切换时间的成套订单调度问题的方法，藉由该新颖的调度方法从而提高生产效率，并降低生产成本。依据本专利技术的一个方面，提供了一种具有切换时间的成套订单的调度方法，其特征在于，该调度方法包括以下步骤：a)建立具有切换时间的成套订单调度问题的数学模型：设定具有可分离序列相关切换时间的作业车间环境——n个待加工的工件要经历m台加工机器的加工，每个工件的加工顺序已经确定，每个工件在一个阶段只需在一台加工机器上加工即可；在任意时刻，每台加工机器最多加工一个工件，每个工件在某一时刻只能被一台加工机器加工；工件不存在优先级约束；任意工件的任意工序在加工前对应的加工机器都有一个固定的切换时间，定义符号变量：wh-订单h的权值；-订单h内的第i个工件；-工件的完工时间；-工件的要求交货时间；-订单h内的第i个工件的第j道工序；O-总工序集-工序的加工机器；-工序的加工时间；-工序的完工时间；-工序和之间的切换时间(和在同一台加工机器上相邻加工的工序)；优化目标表示为：其中xh是决策变量，表示如下：约束条件如下：h,o＝1,2,...,H；i＝1,2,...,nh；p＝1,2,...,no；其中，和是同一工件的两道工序，和是同一台加工机器上相邻的前后加工的工序对，和是决策变量，表示如下：上述关系式(1)是成套订单调度问题的目标函数即加权订单成套率，它与订单h的权值wh和订单成套系数xh有关；关系式(2)表示订单成套系数xh和订单内工件完工时间相关，若每个工件按时完工则该订单成套；约束关系式(3)是工件工序前后顺序约束，说明工件在某一时刻只能加工一道工序；约束关系式(4)是机器非堵塞约束，说明一台加工机器只能同时加工一道工序；及约束关系式(5)定义各符号的取值范围；b)根据建立的上述数学模型，利用带邻域结构的人工蜂群算法进行计算：步骤b1：输入工件数量、加工机器数量、工序数量以及每个工件在每道工序、每台加工机器上的加工时间；设置种群规模N_pop、邻域搜索代数N_ls、未改进代数上限limit；步骤b2：依据编码方案，初始化种群；步骤b3：采用半主动解码方式，对编码进行解码，得到个体的适应度值；步骤b4：寻找并占领优质蜜源，与跟随蜂分享蜜源信息，设计特定的进化代数对雇佣蜂种群个体使用邻域搜索策略，其余代数采用雇佣蜂之间的交叉策略；步骤b5：选择一个雇佣蜂并跟随所选择的雇佣蜂采蜜；步骤b6：判断雇佣蜂的个体改进的次数；步骤b7：当子代出现比当前雇佣蜂好的个体时，替换所述当前雇佣蜂个体；步骤b8：若未达到终止条件，则返回步骤b4继续优化。在一具体实施例，上述步骤b2的编码方案采用基于工序的编码，所述作业车间环境包括n个工件、m台加工机器，一个可行解长度为n×m，该数字n代表工件号，每个数字出现m次，当前出现的次数代表当前数字所表示工件的对应工序。在一具体实施例，上述步骤b3的半主动解码方式中，普通作业车间针对一个解进行解码时，需要依次计算每道工序的开始和结束时间直到解码完成，且解码时需要考虑同机相邻工序间的切换时间，对一个解中的任意工序Oij，它的同机紧前工序MP[Oij]的结束时间与切换时间的和记为CMP+Tsetup，同件紧前工序JP[Oij]的结束时间记为CJP，则工序Oij的开始时间是max{CMP+Tsetup,JP[Oij]}。在一具体实施例，上述步骤b4对应于雇佣蜂阶段，在所述雇佣蜂阶段中，针对雇佣蜂对应的解进行邻域搜索，其中的交叉策略是指：从总工件集中选择若干工件作为工件集Job_Set1，其余工件组成工件集Job_Set2，子代继承对应父代中属于Job_Set1的工件顺序，子代中Job_Set2的工件顺序继承自另一个父代。在一具体实施例，同一订单下的工件要满足准时性，当订单不满足成套性时，说明该订单内出现具有交货时间瓶颈的工件，工件交货时间瓶颈定义如下：Bj＝max{Cj-dj,0}其中，Cj是工件的完工时间，dj是工件的规定交货时间，未成套订单中出现瓶颈的工件可能是一个或者多个，邻域结构需要依次反复削减未按时完工工件的瓶颈，直到该订单满足成套性，订单的选择顺序为未成套订单按照其权值wh从高到低依次选择；订单内工件的选择顺序为，若存在交货时间瓶颈的工件，按照其交货时间瓶颈Bj从高到低，依次选择；若存在工件其瓶颈无法削减到0，则跳出该订单，进行下一个未成套订单的优化。在一具体实施例，上述步骤b5还包括：雇佣蜂的选择采用轮盘赌的方式：其中，一个雇佣蜂个体对应着一个蜜源(解)，表示第i个雇佣蜂个体的适应度值并表示对应解的质量，选择雇佣蜂之后，跟随蜂和所选择的雇佣蜂进行交叉操作，贪婪选择较好的个体，当子代出现比当前雇佣蜂好的个体时予以替换当前雇佣蜂个体。在一具体实施例，上述步骤b6还包括：在完成一轮雇佣蜂阶段操作后，对没有改进的雇佣蜂个体，其limit次数加1，当limit次数超过上限后，该雇佣蜂进入侦查蜂阶段。本专利技术的技术效果在于，针对具有切换时间的作业车间环境下的成套订单调度问题，考虑了实际生产环境中比较重要的因素——订单成套率，以最大化加权订单成套率为目标，提出一种混合整数规划模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有切换时间的成套订单的调度方法，其特征在于，该调度方法包括以下步骤：a)建立具有切换时间的成套订单调度问题的数学模型：设定具有可分离序列相关切换时间的作业车间环境——n个待加工的工件要经历m台加工机器的加工，每个工件的加工顺序已经确定，每个工件在一个阶段只需在一台加工机器上加工即可；在任意时刻，每台加工机器最多加工一个工件，每个工件在某一时刻只能被一台加工机器加工；工件不存在优先级约束；任意工件的任意工序在加工前对应的加工机器都有一个固定的切换时间，定义符号变量：wh‑订单h的权值；

【技术特征摘要】
1.一种具有切换时间的成套订单的调度方法，其特征在于，该调度方法包括以下步骤：a)建立具有切换时间的成套订单调度问题的数学模型：设定具有可分离序列相关切换时间的作业车间环境——n个待加工的工件要经历m台加工机器的加工，每个工件的加工顺序已经确定，每个工件在一个阶段只需在一台加工机器上加工即可；在任意时刻，每台加工机器最多加工一个工件，每个工件在某一时刻只能被一台加工机器加工；工件不存在优先级约束；任意工件的任意工序在加工前对应的加工机器都有一个固定的切换时间，定义符号变量：wh-订单h的权值；-订单h内的第i个工件；-工件的完工时间；-工件的要求交货时间；-订单h内的第i个工件的第j道工序；O-总工序集-工序的加工机器；-工序的加工时间；-工序的完工时间；-工序和之间的切换时间(和在同一台加工机器上相邻加工的工序)；优化目标表示为：其中xh是决策变量，表示如下：约束条件如下：h,o＝1,2,...,H；i＝1,2,...,nh；p＝1,2,...,no；其中，和是同一工件的两道工序，和是同一台加工机器上相邻的前后加工的工序对，和是决策变量，表示如下：上述关系式(1)是成套订单调度问题的目标函数即加权订单成套率，它与订单h的权值wh和订单成套系数xh有关；关系式(2)表示订单成套系数xh和订单内工件完工时间相关，若每个工件按时完工则该订单成套；约束关系式(3)是工件工序前后顺序约束，说明工件在某一时刻只能加工一道工序；约束关系式(4)是机器非堵塞约束，说明一台加工机器只能同时加工一道工序；及约束关系式(5)定义各符号的取值范围；b)根据建立的上述数学模型，利用带邻域结构的人工蜂群算法进行计算：步骤b1：输入工件数量、加工机器数量、工序数量以及每个工件在每道工序、每台加工机器上的加工时间；设置种群规模N_pop、邻域搜索代数N_ls、未改进代数上限limit；步骤b2：依据编码方案，初始化种群；步骤b3：采用半主动解码方式，对编码进行解码，得到个体的适应度值；步骤b4：寻找并占领优质蜜源，与跟随蜂分享蜜源信息，设计特定的进化代数对雇佣蜂种群个体使用邻域搜索策略，其余代数采用雇佣蜂之间的交叉策略；步骤b5：选择一个雇佣蜂并跟随所选择的雇佣蜂采蜜；步骤b6：判断雇佣蜂的个体改进的次数；步骤b7：当子代出现比当前雇佣蜂好的个体时，替换所述当前雇佣蜂个体；步骤b8：若未达到终止条件，则返回步骤b4继续优化。2.根据权利要求1所述的调度方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐震浩，周畅，张凌波，顾幸生，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31