一种可持续性混合流水车间的构建和动态调度方法技术

本发明专利技术涉及一种可持续性混合流水车间的构建和动态调度方法，属于自动化领域。该方法包括以下步骤：S1：定义参数；S2：建立可持续混合流水车间的架构；S3：建立DSU中的多agent模型；S4：基于遗传算法的可变优先权的动态调度优化；本发明专利技术能很好的解决混合流水车间中统一调度和管理的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种可持续性混合流水车间的构建和动态调度方法
本专利技术属于自动化领域，涉及一种可持续性混合流水车间的构建和动态调度方法。
技术介绍
在混合流水车间中，一个阶段中往往包含多台无关并行设备，它们专门从事同一种工艺工序的加工。前一阶段工艺的调度与后一阶段工艺的调度的关系，相对比较独立，不便于调度和管理。实际的可持续混合流水车间的调度过程中，往往存在各种动态扰动事件，例如工件插单、设备损坏、工件返修，使原有的调度方案无法顺利执行。本专利技术通过构建一种新的可持续混合流水车间架构和动态调度算法去解决这一问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种可持续性混合流水车间的构建和动态调度方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种可持续性混合流水车间的构建和动态调度方法，S1：定义参数如下：n计划工件的数量m阶段或操作的总数量l机床的总数量a插单工件的数量b返修工件的数量n+a+b工件总数量(i，j，k)工件i的操作j在机床k本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可持续性混合流水车间的构建和动态调度方法，其特征在于：/nS1：定义参数如下：/nn 计划工件的数量/nm 阶段或操作的总数量/nl 机床的总数量/na 插单工件的数量/nb 返修工件的数量/nn+a+b 工件总数量/n(i，j，k) 工件i的操作j在机床k中加工/nk(i，j) 在某种优先权规则下具体选择的机床k/ni’ 在机床k中加工的工件i的紧前工件/nj-1 工件i的操作j的紧...

【技术特征摘要】
1.一种可持续性混合流水车间的构建和动态调度方法，其特征在于：
S1：定义参数如下：
n计划工件的数量
m阶段或操作的总数量
l机床的总数量
a插单工件的数量
b返修工件的数量
n+a+b工件总数量
(i，j，k)工件i的操作j在机床k中加工
k(i，j)在某种优先权规则下具体选择的机床k
i’在机床k中加工的工件i的紧前工件
j-1工件i的操作j的紧前操作
k’加工工件i的机床k的紧前机床
xijk0-1变量，是否工件i的操的j在机床k中加工
Rj在阶段j中机床的数量
Cijk(i，j，k)的结束时间点
STijk(i，j，k)的开始时间点
PTijk(i，j，k)在机床k中的加工时长，其中简单考虑了(i，j，k)的准备时间
Cmax最大完工时间，它等于最后一个工件的完工时间点
EC，TEC(i，j，k)的电能消耗和总电能消耗
CE，TCE(i，j，k)的碳排放和总碳排放

在PTijk期间，(i，j，k)的平均加工功率

机床k的闲置功率和机床k的失效功率

在PTijk期间，(i，j，k)的平均碳排放率
fijk(i，j，k)的优先权
v1，v2，v3分别是PT，EC和CE的优先权权重系数
F调度方案的适应度
w1，w2，w3分别是Cmax，TEC和TCE的适应度权重系数
S2：建立可持续混合流水车间的架构；
S21：动态调度单元
动态调度单元由三个层级构成；自顶向下，第一个层级是企业信息系统EIS，第二个层级是多agent系统MAS，第三个层级是泛在车间层；
企业信息系统包含各种经营子系统，即企业资源计划ERP、制造执行系统MES、产品数据管理PDM、计算机辅助工艺CAPP和计算机辅助技术CAX；
多agent系统MAS包含各种智能化的agent，即调度agent、分配agent、机床agent和质检agent；
S22：由DSU构成的可持续混合流水车间
各个动态调度单元设有私有的分配agent、机床agent、质检agent，但是调度agent是所有动态调度单元公有的；可持续混合流水车间的动态事件为机床故障事件、插单事件、工件返修事件；可持续混合流水车间的可持续性指标为加工时间、能量消耗、碳排放；所提出的可持续混合流水车间的可持续性目标为最小化最大完工时间，最小化总能量消耗，最小化总碳排放；
指标估算：
在公式(1)中，加工时间由准备时间和工作时间构成；在公式(2)中，单台机床的能量消耗主要由安装能耗、工作能耗、空闲能耗和故障能耗构成(Zhaoetal.，2017)；这里用平均加工功率、平均空闲功率、平均故障功率进行简化；在公式(3)中，由于机床加工时的碳排放远远大于机床空闲时的碳排放，单台机床的碳排放只考虑加工时的碳排放，它由发电碳排放、原材料生产碳排放、排屑碳排放、刀具生产碳排放、冷却液生产碳排放构成；
可持续性指标：
PT＝PTsetup+PTworking(1)






目标函数：
在公式(4)中，时间效率的目标是由最小化最大完工时间表示的；在公式(5)中，能量效率的目标是由最小化总能量消耗表示的；在公式(6)中，排放效率的目标是由最小化总碳排放表示的；
优化目标：









约束条件：
公式(7)表示只有一个工件的第j工序在指定机器k上加工；
公式(8)表示任何时刻工件i只有一个工序在指定机器k上加工；
公式(9)表示加工工件的第j工序至少有一台机器；
公式(10)表示工件i的第j工序完成时刻等于其开始时间加上加工时间；
公式(11)表示工件i的第j工序要等到第j-1工序完成之后才能加工；
公式(12)表示同一工序j在同一机器上k加工的两个工件，加工顺序排在后面的工件i必须等到排在它前面的工件i′加工完成才能开始加工；
公式(13)限定了各种下标的取值范围；
约束条件：


















S24：优先权和适应度函数
首先需要确定被加工工件的优先权公式；提出一种创新的指标加权和方式，去计算被加工工件的优先权，如公式(14)所示；
其中v1，v2，v3分别为PT，EC和CE的优先权重系数；且v1+v2+v3＝1；v1，v2，v3的值将会在后续利用优化算法去搜索获得；正则化所用的上下限值由企业信息系统根据历史数据或实践经验获得；
然后对三个目标函数赋予不同的权重系数w1，w2，w3，通过对目标函数的加权和来获得适应度函数，如公式(15)所示；
其中w1，w2，w3分别为Makespan，TEC和TCE的适应度权重系数；且w1+w2+w3＝1；w1，w2，w3值的来源为企业信息系统；企业信息系统根据制造知识数据库中的专家评价，利用层次分析法，获得适应度的权重系数；四种生产模式分别是综合模式、省时模式、节能模式和减排模式；正则化所用的上下限值由企业信息系统根据历史数据或实践经验获得；
工件的优先权：



调度结果的适应度：



S3：建立DSU中的多agent模型；
S31：调度agent
调度agent是所有动态调度单元公有的，建立可持续混合流水车间共用一个调度agent；调度agent的模型简图；Batch是整型变量，去设置计划工件的数量；Jobs是表格，去设置计划工件的工艺信息；Insert_Jobs是表格，去设置插单工件的工艺信息；Record_Table是表格，去记录工件的调度情况，即是加工顺序和分配的机床；Result_Table是表格，去记录工件的工艺情况，即是加工时间、能量消耗、碳排放；Makespan，TEC，TCE，Fitness是实数变量，去评价整个制造系统的调度性能；Priority_Weights是表格，去记录每次局部搜索所获得的优先权权重值；Initialization是方法，用于调度开始时设置参数；Prescheduling是方法，用于调度开始时生成预调度方案；Rescheduling是方法，用于发生动态扰动事件时生成重调度方案；Evaluation是方法，用于调度结束时评价生产调度的性能；
S313：分配agent
分配agent是各个动态调度单元私有的，一个动态调度单元只有一个分配agent；分...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭钢，石磊，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50