一种考虑机加工设备可用性的柔性作业车间动态调度方法技术

本发明专利技术提供一种柔性作业车间动态调度方法，属于车间调度技术领域。该方法考虑在机加工设备可用性降低到一定阀值时，对机加工设备进行预防性维修，生成预调度方案，以达到减少加工过程中机加工设备出现异常情况概率的目的；然后，在加工过程中，实时检测设备运行状态。当检测到设备状态出现异常时，通过分析异常状态持续时间对最大完工时间的影响程度，判别是采取右移策略还是执行重调度策略。本发明专利技术基于机加工设备可用性，通过插入空闲时间来对机加工设备进行预防性维修，从而降低机加工设备发生异常的概率。同时，通过实时检测设备运行状态，提高异常情况出现时重调度的响应能力，进而提高作业车间动态调度的稳定性和及时性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种柔性作业车间动态调度方法，属于车间调度
该方法考虑在机加工设备可用性降低到一定阀值时，对机加工设备进行预防性维修，生成预调度方案，以达到减少加工过程中机加工设备出现异常情况概率的目的；然后，在加工过程中，实时检测设备运行状态。当检测到设备状态出现异常时，通过分析异常状态持续时间对最大完工时间的影响程度，判别是采取右移策略还是执行重调度策略。本专利技术基于机加工设备可用性，通过插入空闲时间来对机加工设备进行预防性维修，从而降低机加工设备发生异常的概率。同时，通过实时检测设备运行状态，提高异常情况出现时重调度的响应能力，进而提高作业车间动态调度的稳定性和及时性。【专利说明】-种考虑机加工设备可用性的柔性作业车间动态调度方法
本专利技术属于车间调度领域，具体设及一种柔性作业车间动态调度方法，用于车间 生产过程的调度优化与管理。
技术介绍
作业车间作为一种车间级的制造系统，它是机加工制造企业主要的生产活动中 屯、，是资源流动和生产过程的主体场所，是制造业企业的关键。因而，对作业车间的优化运 行技术一直是热点研究领域，如何减少加工时间，提高加工效率W及降低加工成本等是其 关注的主要问题，典型作业车间调度问题是一种的组合优化问题。 传统车间调度模型中，假设工序加工所需要的资源不具有柔性，机加工设备的选 择是唯一的。但是随着大批量连续生产时代正逐渐被适应市场动态变化的多品种、小批量 离散生产所替代，柔性制造系统和数控加工系统等带有一定柔性的生产系统逐渐出现，柔 性作业车间调度问题也就成为了研究重点，它是作业车间调度问题的一种扩展，工件的每 道工序可W在多台不同设备上进行加工，运样的柔性作业车间具有W下明显的优点： ①提高设备的利用率，机加工设备一旦空闲就可W安排其它工件进行加工，减少 设备的闲置时间和工件的等待时间； ②具有维持加工稳定的能力，当设备出现故障时，工序可W安排到其它设备上进 行加工，使得加工过程可W继续，保证加工的稳定。 另外，大多数现有的研究都把作业车间的相关参数假设为确定和已知的，但是在 实际的制造系统生产过程中，会出现随机的不确定因素影响调度的正常运行。例如加工时 间不确定，机加工设备状态异常、工件随机到达等，理想状态下的调度方法无法直接应用到 存在不确定因素的生产过程中。机加工设备状态异常作为常见的不确定因素之一，已经成 为学者研究的重点，而针对运些故障采取的维修策略主要有事后维修和预防性维修。 事后维修是指在故障发生后进行的维修活动，运样的维修方式会严重影响到作业 车间调度任务运行的效率，例如在按照调度计划加工的过程中，某台设备发生了故障，那么 为了等待设备修复，已经安排在该设备上的加工任务就不得不中断，甚至会影响到整个调 度任务的运行;预防性维修是指按照一定的规律，在未发生故障之前就对设备进行全面检 修，把故障消灭在萌芽状态，使加工设备处于良好的技术状态。在生成调度方案时，考虑插 入空闲时间段来进行预防性维修，可W有效降低的故障率，使设备故障对已经开始的调度 任务的影响得到减小。因此，合理安排预防性维修的关键在于减少已经开始的加工任务中 设备故障发生的概率的同时还要减少预防性维修对未开始的加工任务的影响。[000引机加工设备可用性是通过对设备持续运行时间和故障历史数据分析得到的时间 函数，反映的是机加工设备在运行过程中的可用性。因此，从机加工设备可用性方面来考虑 在预调度方案中插入空闲时间段，对机加工设备进行预防性维修，W达到减少加工过程中 出现的故障对调度任务的影响，提高调度运行效率的目的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种考虑机加工设备可用性的柔性作业车间动态 调度方法，该方法通过考虑机加工设备可用性，在预调度方案中通过插入空闲时间来对机 加工设备进行预防性维修，从而可减少故障出现的概率。同时，通过实时检测设备运行状 态，提高故障发生时的重调度的响应能力，进而提高作业车间动态调度的稳定性和及时性。 为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案： 考虑机加工设备可用性的柔性作业车间动态调度方法，其特征在于:该方法具体 包括W下步骤： 步骤一:在机加工设备可用性降低到预设阀值时，在预调度方案中插入空闲时间 段，对该机加工设备进行预防性维修，按照插入空闲时间段之后的柔性作业车间预调度方 案进行加工； 所述机加工设备可用性是表示设备在规定的使用与维修方式下，在给定的时间内 能够完成规定功能的能力。可用性取决于机加工设备的可靠性和维修性。在机加工设备k的 可靠性和维修性都服从指数分布的情况下，故障率Ak和修复率γ k都为常数，机加工设备k的 可用性函数Ak(t)可表示为： 所述预设阀值是表示当机加工设备可用性低到某个值时，该设备发生故障的概率 很大。该阀值由历史数据中设备发生故障时对应的可用性大小决定，采用切尾均值的方法 来处理发生故障时的可用性数据，设备k的可用性阀值用AOk表示； 所述预防性维修是指在机加工设备发生故障之前进行检查、修理或更换，W防患 于未然。 所述空闲时间段是指在该段时间内对机加工设备进行预防性维修，在本次调度任 务中空闲时间段的插入时刻用TAk表示，并且TAk =化-TOk，其中化是由Ak (t) = AOk求得的时 间，TOk表示在开始本次调度任务之前设备k持续运行的时间；空闲时间段的长度由该设备 的保养时间决定，设备k的保养时间用TMk表示； 所述柔性作业车间具有W下特点：工件在一台设备上加工的整个过程称为一道工 序，每个工件需要多道工序来加工完成，每道工序可W由一个或多个设备来进行加工，并且 不同设备的加工时间不同。 步骤二:实时检测设备运行状态，在没有出现异常的情况下，按照原调度方案完成 生产任务，在检测到设备状态出现异常时，实时统计异常状态持续时间，保持原调度方案不 变，在最大完工时间发生变化之前，采取右移策略； 所述设备运行状态是通过对实时获取到的设备输入功率特征进行识别来判断的， 当设备发生异常时，功率特征会发生变化； 所述异常状态是包括停机状态和机加工设备处于待机状态时间超过调度方案中 的待机状态时所处的状态。 所述右移策略是保持原有调度方案不变，等待设备被修复继续完成中断的工序。 步骤当实时统计到的故障持续时间超过了最大完工时间变化时右移策略的持 续时间，重调度机制被触发，依据异常类型对修复时间进行估计，采取重调度策略，更新设 备可用性，依据可用性计算插入空闲时间段的时刻，生成重调度方案； 所述最大完工时间变化时右移策略的持续时间是指在保持右移策略时，因设备异 常而中断的工序及其紧后工序的完成时间都会延迟，在一定的时间范围内，最大完工时间 不会发生变化，而当右移策略持续一段时间之后，最大完工时间会开始增大； 所述异常状态修复时间的估计是通过历史数据统计来获得的，不同的异常状态都 有其对应的平均修复时间。假设某台设备会出现G种异常状态，每种异常状态的平均修复时 间为Tg(g = l，2, . . .，G)，相应的频率为fg(l，2, . . .，G)，则该台设备的平均异常状态修复时 间关 所述重调度策略包括确定重调度工序和重调度下设备开工时间，另外重调度的目 标函数不仅需要考虑最大完工时间，还需要考本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑机加工设备可用性的柔性作业车间动态调度方法，用于解决异常状态下柔性作业车间调度问题，提高动态调度的稳定性和及时性，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：步骤一：在机加工设备可用性降低到预设阀值时，在预调度方案中插入空闲时间段，对该机加工设备进行预防性维修，按照插入空闲时间段之后的柔性作业车间预调度方案进行加工；所述机加工设备可用性是表示设备在规定的使用与维修方式下，在给定的时间内能够完成规定功能的能力。可用性取决于机加工设备的可靠性和维修性。在可靠性和维修性都服从指数分布的情况下，故障率λ和修复率γ都为常数，机加工设备可用性A(t)可表示为：A(t)=γλ+γ+λλ+γe-(λ+γ)t]]>所述预设阀值是表示当机加工设备可用性低到某个值时，该设备发生故障的概率很大。该阀值由历史数据中设备发生故障时对应的可用性大小决定，采用切尾均值的方法来处理发生故障时的可用性数据；所述预防性维修是指在机加工设备发生故障之前进行检查、修理或更换，以防患于未然。所述空闲时间段是指在该段时间内对机加工设备进行预防性维修，空闲时间段的长度由该设备的保养时间决定；所述柔性作业车间具有以下特点：工件在一台设备上加工的整个过程称为一道工序，每个工件需要多道工序来加工完成，每道工序可以由一个或多个设备来进行加工，并且不同设备的加工时间不同。步骤二：实时检测设备运行状态，在没有出现异常的情况下，按照原调度方案完成加工任务，在检测到设备出现异常时，实时统计异常状态持续时间，保持原调度方案不变，在最大完工时间发生变化之前，采取右移策略；所述设备运行状态是通过对实时获取到的设备输入功率特征进行识别来判断的，当设备发生异常时，功率特征会发生变化；所述异常状态是包括停机状态和机加工设备处于待机状态时间超过调度方案中的待机状态时所处的状态。所述右移策略是保持原有调度方案不变，等待设备被修复继续完成中断的工序。步骤三：当实时统计到的异常状态持续时间超过了最大完工时间变化时右移策略的持续时间，重调度机制被触发，依据异常状态类型对修复时间进行估计，采取重调度策略，更新设备可用性，依据可用性计算插入空闲时间段的时刻，生成重调度方案；所述最大完工时间变化时右移策略的持续时间是指在保持右移策略时，因异常状态而中断的工序及其紧后工序的完成时间都会延迟，在一定的时间范围内，最大完工时间不会发生变化，而当右移策略持续一段时间之后，最大完工时间会开始变化；所述异常状态修复时间的估计是通过历史数据统计来获得的，不同的异常状态都有其对应的平均修复时间。假设某台设备会出现G种异常状态，每种异常状态的平均修复时间为Tg(g＝1,2,...,G)，相应的频率为fg(g＝1,2,...,G)，则该台设备的平均异常状态修复时间为所述重调度策略包括确定重调度工序和重调度下设备开工时间，另外重调度的目标函数不仅需要考虑最大完工时间，还需要考虑调度的稳定性。相关内容含义如下：重调度工序包括未开始加工的工序和因设备异常中断的工序，并且中断的工序还需要的加工时间与完成的比例相对应。例如某工序在设备A、B上进行加工需要的加工时间分别为a1、a2，在设备A上加工了时间a3时设备A出现异常，则该工序在设备B上继续加工需要的时间重调度下设备开工时间需要进行设定，工序已经开始加工的设备在加工完成该工序之后才能进行重调度，出现异常的设备在异常状态修复后进行重调度，其修复时间由不同异常类型的平均修复时间决定；所述更新设备可用性是指对机加工设备被修复之后，其可用性会发生变化，这种变化包含两种情况：预防性维修之后，机加工设备可用性恢复到初始状态；发生异常经过维修之后，机加工设备可用性恢复到异常情况发生前一时刻的状态。步骤四：按照重调度方案进行生产加工，执行步骤二。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谷振宇，李林锋，刘国荣，马铁东，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50