一种再制造系统多目标缓冲区分配方法技术方案

本发明专利技术提供一种再制造系统多目标缓冲区分配方法，首先建立再制造系统模型，然后对系统进行分解，扩展节点，再计算扩展节点的概率参数，计算节点到达率和产出率，再求解系统最大化产出率和最小化再制品库存，最后采用多目标算法TS‑NSGA II算法求解得到缓冲区的性能指标。本发明专利技术能够有效解决多目标缓冲区分配的问题，其在收敛性、多样性以及运行时间方面均效果良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械再制造
，涉及再制造系统缓冲区分配方法，尤其涉及一种再制造系统多目标缓冲区分配方法。
技术介绍
制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。在过去的一个世纪，制造业在为人类带来了前所未有的财富的同时，也消耗了大量的能源、资源并且成为污染环境的重要源头。因此，再制造应运而生。再制造是把到达使用寿命或即将被抛弃的产品通过修复和技术改造使其达到甚至超过原型产品性能的加工过程。再制造是物质循环利用的有效途径，是循环经济中再利用原则的具体体现，充分体现出了节能减排和环境友好的理念。与传统制造系统不同的是，由于回收产品质量的不确定性，再制造系统的生产过程存在一系列的不确定性，导致再制造系统的生产运营管理更加复杂，对系统的性能优化提出了更高要求。生产过程具有以下类型的不确定性：回收产品到达时间和数量不确定、回收产品可再制造率的不确定、回收产品再制造时间加工时间的不确定、回收产品再制造加工工序的不确定、回收产品再制造数量和市场需求的不确定。为实现生产利润的最大化，需要考虑回收产品的数量与再制造产品需求数量的平衡。因此，在生产管理上需要对回收产品的库存量和市场需求进行平衡。在制造系统中，缓冲区是为保证生产线尽可能地处于流动状态而设置的，用来放置工件的存储区域。尽管缓冲区可以有效缓解不确定性对系统的冲击，但设定缓冲区需要额外的资金和空间投入、成本较高。因此，缓冲区看作整体时，如何使一定数量的缓冲区容量发挥最大效用，该问题被称为缓冲区分配问题。目前，对再制造系统的缓冲区分配研究的文献并不多。Aksoy和Gupta首次以再制造系统为对象，选取再制造成本为目标，研究缓冲区分配问题。假设缓冲区有限且机器不可靠，利用排队论-分解-扩展方法求解系统性能，并提出一种近似缓冲区分配优化方法(NearOptimalBufferAllocationPlan，NOBAP)。实验结果证明：NOBAP方法的性能具有很好的一贯性、鲁棒性和寻优性。Su在Aksoy和Gupta研究的基础上，采用质量分级将回收件分为高、低两个等级并规定高等级的回收件可以优先加工，实验证明：质量分级和设立优先级可以显著提高系统性能。但以上研究中未考虑进“返工”、“舍弃”、故障对缓冲区分配的影响，并且选择成本作为单个目标，无法直观观察到缓冲区配置对系统性能的影响。此外，NOBAP方法在优化缓冲区配置时，需要利用系统状态数据，尽管寻优效果良好但耗时较长。当前缓冲区分配问题的研究有三大研究方向：(1)多目标缓冲区分配；(2)混合求解算法；(3)决策支持系统。这三大方向分别对应于缓冲区分配问题的三大解决要点：(1)更加全面直观地表现出系统性能；(2)更加快速、有效、鲁棒、适应性强地求解缓冲区容量分配这一NP-hard问题；(3)更加有力地推进缓冲区分配方法的实际应用。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供一种再制造系统多目标缓冲区分配方法，可以解决再制造系统多目标缓冲区分配的问题，在收敛性、多样性以及运行时间方面效果良好。技术方案：(1)建立再制造系统模型，所述再制造系统模型包括再制造生产线、库存及缓冲区，设再制造生产线包括M个工位，一个工位包括一台机器，所述缓冲区分为M个，缓冲区与所述工位相对应分配，设相应工位的缓冲区容量配置为Ki≥0，所述库存包括回收件库存、再制造件库存及废弃站库存，设回收件库存为W0，再制造件库存为WM+1，废弃站库存为WM+2，建立回收件在系统中的随机路线，并用矩阵R表示：式中，rij表示从Wi到Wj路径的概率；其中，rii表示工位i的返工概率；ri(M+2)表示工位i的舍弃概率；(2)将再制造生产线分解为M个独立节点，所述独立节点包括工位和对应缓冲区，在节点前添加一个虚拟节点构成扩展节点，设节点的容量为Ki+1，当回收件到达扩展节点时，检测节点此时包含的回收件数量，若回收件数量小于Ki+1，则回收件进入缓冲区；若回收件数量不小于Ki+1，则回收件无法进入缓冲区转而进入虚拟节点等待，连续检测节点，缓冲区出现空位时，虚拟节点中的回收件就进入缓冲区；(3)由步骤(2)得缓冲区的状态共有Ki+2种，机器状态有正常和故障两种，但不存在机器故障且缓冲区有0个回收件的状态，则计算节点状态共有2Ki+3个，利用二分法求各节点状态的概率；(4)根据回收件达到节点的概率，利用牛顿法求解节点到达率和产出率，如果牛顿法在迭代到达一定次数后，仍没有收敛，则选择利用二分法继续求解，在牛顿法中出现的最小区间端点作为初始端点；(5)根据系统产出率、在制品库存以及舍弃率，求解系统最大化产出率和最小化再制造件库存；(6)将禁忌搜索与多目标遗传算法-NSGAII相结合，形成多目标算法TS-NSGAII混合算法得到缓冲区的性能指标。进一步的，步骤(1)中的回收件到达率、机器故障率、维修率及服务率均服从指数分布。进一步的，在步骤(4)中，设节点i到达率为λi，产出率为TRi，采用牛顿法计算：式中：为虚拟节点堵塞概率；表示上游回收件到达率，αi+βi表示由于故障维修导致的回收件累积，riiTRi表示返工回收件到达率；根据上式构成关于λi的函数f(λi)，采用牛顿-二分法求解。进一步的，在步骤(5)中，设最大化产出率为TR，设最小化在制品库存为WIP，根据步骤(4)得到的节点到达率和产出率计算系统最大化产出率和最小化再制造件库存计算公式为：最大化产出率：最小化在制品库存：步骤(6)中得到缓冲区的性能指标的方法包括以下步骤：定义n为当前计算的解序号，n＝1,2,3…NA；nGA为NSGAII算法当前迭代次数，nGA＝1,2,3…IGA；IGA为NSGAII算法的最大迭代次数，即NSGAII算法的终止条件；nTS为禁忌搜索当前迭代次数，nTS＝1,2,3…ITS；ITS为禁忌搜索的最大迭代次数，即禁忌搜索的终止条件；V＝(V0,V1,V2,…VM)为插板位置向量，与缓冲区配置向量一一对应，作为解的编码形式，每一个解对应于算法中一个个体，Vn表示第n个解；C0为初始种群；Πn为局部最优解；A(V)为领域解集；∏为全局最优解集；F1为不存在更优个体的个体层级秩，该个体层级秩为1，个体的层级秩为一组个体中，所有更优个体的最低层级秩的下一级；(61)初始化算法参数，随机产生包含NA个不同个体的初始种群C0，令nGA＝1；(62)令n＝1；(63)令nTS＝1，Vn,nTS＝Vn，初始化局部最优解集∏n＝{Vn,nTS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种再制造系统多目标缓冲区分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)建立再制造系统模型，所述再制造系统模型包括再制造生产线、库存及缓冲区，设再制造生产线包括M个工位，一个工位包括一台机器，所述缓冲区分为M个，缓冲区与所述工位相对应分配，设相应工位的缓冲区容量配置为Ki≥0，所述库存包括回收件库存、再制造件库存及废弃站库存，设回收件库存为W0，再制造件库存为WM+1，废弃站库存为WM+2，建立回收件在系统中的随机路线，并用矩阵R表示：式中，rij表示从Wi到Wj路径的概率；其中，rii表示工位i的返工概率；ri(M+2)表示工位i的舍弃概率；(2)将再制造生产线分解为M个独立节点，所述独立节点包括工位和对应缓冲区，在节点前添加一个虚拟节点构成扩展节点，设节点的容量为Ki+1，当回收件到达扩展节点时，检测节点此时包含的回收件数量，若回收件数量小于Ki+1，则回收件进入缓冲区；若回收件数量不小于Ki+1，则回收件无法进入缓冲区转而进入虚拟节点等待，连续检测节点，缓冲区出现空位时，虚拟节点中的回收件就进入缓冲区；(3)由步骤(2)得缓冲区的状态共有Ki+2种，机器状态有正常和故障两种，但不存在机器故障且缓冲区有0个回收件的状态，则计算节点状态共有2Ki+3个，利用二分法求各节点状态的概率；(4)根据回收件达到节点的概率，利用牛顿法求解节点到达率和产出率，如果牛顿法在迭代到达一定次数后，仍没有收敛，则选择利用二分法继续求解，在牛顿法中出现的最小区间端点作为初始端点；(5)根据系统产出率、在制品库存以及舍弃率，求解系统最大化产出率和最小化再制造件库存；(6)将禁忌搜索与多目标遗传算法‑NSGA II相结合，形成多目标算法TS‑NSGA II混合算法得到缓冲区的性能指标。...

【技术特征摘要】
1.一种再制造系统多目标缓冲区分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)建立再制造系统模型，所述再制造系统模型包括再制造生产线、库存及缓冲区，设再制造生产线包括M个工位，一个工位包括一台机器，所述缓冲区分为M个，缓冲区与所述工位相对应分配，设相应工位的缓冲区容量配置为Ki≥0，所述库存包括回收件库存、再制造件库存及废弃站库存，设回收件库存为W0，再制造件库存为WM+1，废弃站库存为WM+2，建立回收件在系统中的随机路线，并用矩阵R表示：式中，rij表示从Wi到Wj路径的概率；其中，rii表示工位i的返工概率；ri(M+2)表示工位i的舍弃概率；(2)将再制造生产线分解为M个独立节点，所述独立节点包括工位和对应缓冲区，在节点前添加一个虚拟节点构成扩展节点，设节点的容量为Ki+1，当回收件到达扩展节点时，检测节点此时包含的回收件数量，若回收件数量小于Ki+1，则回收件进入缓冲区；若回收件数量不小于Ki+1，则回收件无法进入缓冲区转而进入虚拟节点等待，连续检测节点，缓冲区出现空位时，虚拟节点中的回收件就进入缓冲区；(3)由步骤(2)得缓冲区的状态共有Ki+2种，机器状态有正常和故障两种，但不存在机器故障且缓冲区有0个回收件的状态，则计算节点状态共有2Ki+3个，利用二分法求各节点状态的概率；(4)根据回收件达到节点的概率，利用牛顿法求解节点到达率和产出率，如果牛顿法在迭代到达一定次数后，仍没有收敛，则选择利用二分法继续求解，在牛顿法中出现的最小区间端点作为初始端点；(5)根据系统产出率、在制品库存以及舍弃率，求解系统最大化产出率和最小化再制造件库存；(6)将禁忌搜索与多目标遗传算法-NSGAII相结合，形成多目标算法TS-NSGAII混合算法得到缓冲区的性能指标。2.根据权利要求1所述的一种再制造系统多目标缓冲区分配方法，其特征在于，步骤(1)中的回收件到达率、机器故障率、维修率及服务率均服从指数分布。3.根据权利要求1所述的一种再制造系统多目标缓冲区分配方法，其特征在于，在步骤(4)中，设节点i到达率为λi，产出率为TRi，采用牛顿法计算：Li=Σsi=1Ki+1sipsi]]>Lqi=Σsi=1Ki+1(si-1)psi]]>pKi+1′=[2-λi(Γ2iKi+1-&Gamm...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏春，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32