一种离散制造协同生产计划排程方法技术

本发明专利技术公开了一种离散制造协同生产计划排程方法,该方法中的每个订单由一产品名称及其数量构成，每个产品由多个零件组成，零件的生成和产品组装均涉及多个工艺工序，各工序之间存在着依赖关系，其特征在于，该方法首先生成多个可行解，然后决策出目标最优的可行解。其借助于把一个复杂的寻优计算过程分解为众多简单的小问题，使对计算资源的调用具有更大的灵活性，并且可以有效利用并行计算资源或者分布式计算资源。实现了以有限的代价来寻找一个较优解的目的。

A Discrete Manufacturing Collaborative Production Scheduling Method

The invention discloses a discrete manufacturing collaborative production planning scheduling method, in which each order is composed of a product name and its quantity, each product is composed of multiple parts, the generation of parts and the assembly of products involve multiple process processes, and there is a dependence between each process. The method first generates multiple feasible solutions, and then decides the most objective. Optimal feasible solution. By decomposing a complex optimization process into many simple small problems, it makes the call of computing resources more flexible, and can effectively utilize parallel computing resources or distributed computing resources. The purpose of finding a better solution at a limited cost is realized.

【技术实现步骤摘要】
一种离散制造协同生产计划排程方法
本专利技术涉及计算机流程管控领域，尤指一种离散制造协同生产计划排程方法。
技术介绍
目前跨企业协同生产订单涉及的生产流程管控日益复杂，其涉及的数据内容包括生产加工相关的订单、产品、加工工艺、资源、工组及班次等主要数据，需要在满足订单优先级约束、设备生产能力约束、工序候选资源约束、零部件各工序次序约束、工序同步约束、订单工期约束、各资源工作时间窗口约束、工序衔接资源位置约束等条件下，以订单延迟数量最小、主要设备最大利用率为优化目标，完成订单期限内各工序在各生产资源上的生产加工时间安排。而高级计划排程(AdvancedPlanningandScheduling，APS)是基于供应链管理和约束理论的计划与排程技术，主要解决车间多工序、多资源的优化调度及顺序优化问题。它基于工序逻辑约束和资源能力约束，计算最早开工时间和最迟完工时间，并进行多种优化方案的比较。APS系统中包含了大量的数学模型、优化及模拟技术，在计划与排程的过程中，从全局考虑企业内外的资源与能力约束，用复杂的智能化运算法则，做常驻内存的计算，从大量的可行方案中选出最优方案来指导企业的生产过程，帮助企业对生产中的资源利用进行计划、执行、分析、优化和决策。然而，APS问题涉及动态规划、组合优化、多目标规划等方向的综合性运筹学问题，是NP难问题，计算复杂度非常高，找到理论上的最优解几乎不可能。另外，从应用层面看，由于计划实施过程中存在大量的随机影响因素，即便能够用很大的计算资源来得到全局最优解，执行过程中也可能因为很小的干扰因素而破坏掉这个既定最优方案。因此现有基于动态实时生产信息的闭环反馈以及对计划与排程方案进行应急调整的解决方案，仍然难以解决APS系统在实际生产过程中经常碰到的不准确问题，经常性的需要靠人工来进行适应性调整。而目前离散制造型高科技产业园面临的实际状况下，主要存在着单件、小批量、多品种产品的混流和混批生产很多，由于这样的生产，在管理上具有计划多变、工艺路线复杂、工种多、加工时间长和生产状况不确定性大等特点。当前排产系统面临如下应用难题：1)缺乏在前期接受订单和任务下达时对生产任务态势的整体评估手段；2)无法了解某工种在某个时段是否会产生瓶颈，无法为计划安排、外协分流、计划协调提供决策依据；3)无法科学、合理地实现现场多工序、多资源的生产调度。因此如何实现在满足各项要求的条件下，以订单延迟数量最小、主要设备最大利用率为优化目标，完成订单期限内各工序在各生产资源上的生产加工时间的自动安排，是本领域技术人员急欲解决的问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术主要目的在于，提供一种离散制造协同生产计划排程方法，以有限的代价来寻找一个较优解，以能在满足订单优先级约束、设备生产能力约束、工序候选资源约束、零部件各工序次序约束、工序同步约束、订单工期约束、各资源工作时间窗口约束、工序衔接资源位置约束等条件下，以订单延迟数量最小、主要设备最大利用率为优化目标，完成订单期限内各工序在各生产资源上的生产加工时间安排。本专利技术提供的一种离散制造协同生产计划排程方法,其涉及的每个订单由一产品名称及其数量构成，每个产品由多个零件组成，零件的生成和产品组装均涉及多个工艺工序，各工序之间存在着依赖关系，该方法是首先生成多个可行解，然后决策出目标最优的可行解；其中，所述多个可行解的实现是先将单个订单的各个工序按照依赖关系排列为有序数组，形成邻接矩阵，所述邻接矩阵包括互为转置的后继关系邻接矩阵和前驱关系的邻接矩阵，然后将所述邻接矩阵依照影响传递关系处理为影响传递矩阵，所述关系矩阵包括互为转置后继影响传递矩阵与前驱影响传递矩阵，用随机序列对各个工序编排成一个随机的工序序列，遍历候选工序建立工序顺序安排表，对该工序顺序安排进行资源占用统计得到总工时最小且平均资源利用率最大的生产计划安排的可行计划集；然后，将所述可行计划集进行归约，归约最优的方案以决策出目标最优的可行解。进一步的，其单订单生产计划生成流程包含如下步骤：1)对单个订单的零件的生成和产品组装涉及的多个工艺工序之间存在着依赖关系进行表达；2)将生产工艺按一定的顺序排列为有序数组，以将后继工序表示为邻接矩阵，该矩阵为0-1矩阵，行序号对应前驱工序，列序号对应后继工序，用N表示后继工序的邻接矩阵，将其转置可得到对应前驱关系的邻接矩阵，即NT；3)对邻接矩阵进一步处理，得到影响传递矩阵，用F表示传递矩阵，其计算公式为：式中m为BOM结构的层数，用P表示前驱依赖矩阵，即有P＝FT；4)根据当前订单的工序总数，用伪随机数生成方法产生一个随机序列，建立随机数与工序的链接，对随机数进行大小排序，得到一个随机的工序序列；5)对前驱依赖矩阵P的行向量进行判断，和为0的行所对应的工序是前驱工序已经完成的工序，结合各工序的完成情况，如果工序待加工量大于0，则所对应的工序是当前候选工序；6)从候选工序集合中找到在随机序列中排在最前的那道工序，检查资源满足情况，如果现有资源数量大于或等于该工序所需资源数量，则将该工序列入正在加工工序列表，并从当天的所需资源中扣除该工序所需资源数；如果现有资源小于所需资源，则检查其它候选工序，直到所有候选工序检查完毕；7)将所有正在进行工序的工期减1，然后检查所有工序的完成情况，将前驱依赖矩阵P中工期为0的工序所对应的列元素都标为0，即从逻辑上判断已经完成的工序后续不用判断其工序依赖情况；8)循环执行第5)步到第7)步，直到所有工序安排完成；9)取总工时的中间位置，从中间向两端检查所有工序，在工序时段可以调整范围内，工序的作业时段向工期中段聚拢；10)按照给定工序作业时段和资源约束，为每个资源分配工序作业的时间段，同一资源在一个时间段内只能执行一个工序；11)计算资源使用率。规定某一资源在分配给一个订单期间不能再加工其它订单，其单个资源的利用率R为实际加工时间与资源占用时段的比值：其中，m为资源的数量，i为资源的序号，di为第i种资源实际加工时间，T0i为第i种资源首次加工开始时间，Tni为第i种资源最后一次加工结束时间；12)设定重复次数，对循环序号的奇偶性进行判定，传递矩阵在奇次序号采用前驱依赖矩阵P，在偶次序号采用后继影响矩阵F，对于后继影响矩阵得到的结果需要将安排顺序进行前后翻转，循环执行第4)步到第11)步，每次记录下总工时最小且平均资源利用率最大的资源分配方案；13)将分布式的结果归约为最优的方案。进一步的，步骤1)中对依赖关系进行表达是采用BOM结构。进一步的，该随机序列的产生方法为：①取得序列的长度N，生成两个字节长度相同的数列：一个是用任何一种伪随机数据生成方法生成平均分布的随机数组A:{ai|i＝1，2，...，N}，和顺序数组B:{1，2，...，N}；②将A,B数组中的元素成对组合为两倍字节长度的数列，第i个元素组成为[ai][i]；③对组合的数列进行排序，可以是升序或者降序，取每个元素后半截字节组成新的数列，即可得到由{1，2，...，N}元素构成的随机序列。进一步的，所述可行方案的生成过程是在多核、众核和计算机集群上实现分布式或并行计算，然后将分布式的结果归约为最优的方案。本专利技术还提供了一种离散制造协同生产计划排程方法，是应用于多个订单排程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离散制造协同生产计划排程方法，该方法中的每个订单由一产品名称及其数量构成，每个产品由多个零件组成，零件的生成和产品组装均涉及多个工艺工序，各工序之间存在着依赖关系，其特征在于，该方法首先生成多个可行解，然后决策出目标最优的可行解；其中，所述多个可行解的实现是先将单个订单的各个工序按照依赖关系排列为有序数组，形成邻接矩阵，所述邻接矩阵包括互为转置的后继关系邻接矩阵和前驱关系的邻接矩阵，然后将所述邻接矩阵依照影响传递关系处理为影响传递矩阵，所述关系矩阵包括互为转置后继影响传递矩阵与前驱影响传递矩阵，用随机序列对各个工序编排成一个随机的工序序列，遍历候选工序建立工序顺序安排表，对该工序顺序安排进行资源占用统计得到总工时最小且平均资源利用率最大的生产计划安排的可行计划集；然后，将所述可行计划集进行归约，归约最优的方案以决策出目标最优的可行解。

【技术特征摘要】
1.一种离散制造协同生产计划排程方法，该方法中的每个订单由一产品名称及其数量构成，每个产品由多个零件组成，零件的生成和产品组装均涉及多个工艺工序，各工序之间存在着依赖关系，其特征在于，该方法首先生成多个可行解，然后决策出目标最优的可行解；其中，所述多个可行解的实现是先将单个订单的各个工序按照依赖关系排列为有序数组，形成邻接矩阵，所述邻接矩阵包括互为转置的后继关系邻接矩阵和前驱关系的邻接矩阵，然后将所述邻接矩阵依照影响传递关系处理为影响传递矩阵，所述关系矩阵包括互为转置后继影响传递矩阵与前驱影响传递矩阵，用随机序列对各个工序编排成一个随机的工序序列，遍历候选工序建立工序顺序安排表，对该工序顺序安排进行资源占用统计得到总工时最小且平均资源利用率最大的生产计划安排的可行计划集；然后，将所述可行计划集进行归约，归约最优的方案以决策出目标最优的可行解。2.根据权利要求所述1的一种离散制造协同生产计划排程方法，其特征在于，其单订单生产计划生成流程包含如下步骤：1)对单个订单的零件的生成和产品组装涉及的多个工艺工序之间存在着依赖关系进行表达；2)将生产工艺按一定的顺序排列为有序数组，以将后继工序表示为邻接矩阵，该矩阵为0-1矩阵，行序号对应前驱工序，列序号对应后继工序，用N表示后继工序的邻接矩阵，将其转置可得到对应前驱关系的邻接矩阵，即NT；3)对邻接矩阵进一步处理，得到影响传递矩阵，用F表示传递矩阵，其计算公式为：式中m为BOM结构的层数，用P表示前驱依赖矩阵，即有P＝FT；4)根据当前订单的工序总数，用伪随机数生成方法产生一个随机序列，建立随机数与工序的链接，对随机数进行大小排序，得到一个随机的工序序列；5)对前驱依赖矩阵P的行向量进行判断，和为0的行所对应的工序是前驱工序已经完成的工序，结合各工序的完成情况，如果工序待加工量大于0，则所对应的工序是当前候选工序；6)从候选工序集合中找到在随机序列中排在最前的那道工序，检查资源满足情况，如果现有资源数量大于或等于该工序所需资源数量，则将该工序列入正在加工工序列表，并从当天的所需资源中扣除该工序所需资源数；如果现有资源小于所需资源，则检查其它候选工序，直到所有候选工序检查完毕；7)将所有正在进行工序的工期减1，然后检查所有工序的完成情况，将前驱依赖矩阵P中工期为0的工序所对应的列元素都标为0，即从逻辑上判断已经完成的工序后续不用判断其工序依赖情况；8)循环执行第5)步到第7)步，直到所有工序安排完成；9)取总工时的中间位置，从中间向两端检查所有工序，在工序时段可以调整范围内，工序...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志强，崔彦军，武辉林，马艳东，盖素丽，梅欢，
申请(专利权)人：河北省科学院应用数学研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13