基于仿真的双目标并行机开放车间自适应动态调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于仿真的双目标并行机开放车间自适应动态调度方法，按下述步骤进行：S1：通过FlexSim构建双目标并行机开放车间模型；S2：通过MATLAB运行NSGA

【技术实现步骤摘要】
基于仿真的双目标并行机开放车间自适应动态调度方法


[0001] 本专利技术涉及计算机集成制造
，特别涉及一种基于仿真的双目标并行机开放车间自适应动态调度方法。

技术介绍

[0002] 开放车间调度问题（Open Shop Scheduling Problem, OSSP）是一类常见的调度问题，其特点是任务在车间不同阶段资源上的加工没有先后顺序约束。机械零件的质量检测、晶圆制造的晶粒拣选、汽车售后的检测与保养等调度问题均属于OSSP。与经典的OSSP问题区别的是，并行机OSSP至少有一个阶段的机器是并行机。并行机OSSP是NP
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hard问题，解决方法主要有数学规划法、启发式算法与各类智能算法。数学规划、启发式算法以及静态智能算法适用于求解确定性稳态问题，无法解决现实生产过程中的存在的工件随机到达、加工时间不确定、紧急工件等动态与随机性问题。
[0003] 随着系统仿真技术的发展，提出了基于仿真方法的动态调度方法，但相关研究偏少，考虑的动态事件相对单一，而且优化目标以单目标为主，因此存在不匹配现实需求，无法满足动态生产环境下企业的调度方案快速生成，车间机器利用率低和生产不稳定等问题。

技术实现思路

[0004] 本专利技术的目的在于，提供一种基于仿真的双目标并行机开放车间自适应动态调度方法。本专利技术具有解决多种动态事件影响下的快速调度决策生成，提高车间机器利用率和改进生产稳定性的特点。
[0005] 本专利技术的技术方案：一种基于仿真的双目标并行机开放车间自适应动态调度方法，其特征在于，按下述步骤进行：S1：通过FlexSim构建双目标并行机开放车间模型；S2：通过MATLAB运行NSGA
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算法得到多个调度方案；S3：通过层次分析法AHP(Analytic Hierarchy Process)确定最优调度方案；S4：FlexSim仿真执行调度方案；S5：到达重调度时刻进行周期重调度，出现紧急工件进行右移重调度；S6：判断工件是否全部加工完成，加工完成结束调度，加工未完成转S4。
[0006] 前述的基于仿真的双目标并行机开放车间自适应动态调度方法中，所述步骤S1中的FlexSim构建双目标并行机开放车间模型按下述步骤进行：步骤2.1：确认模型要素：并行机开放车间调度问题可以描述为将工件集中的个工件安排在机器集中的个阶段或工序的机器上加工，工件在每个阶段的加工顺序不受限制；其中，，且至少存在一个或多个阶段的机器数量，机器为同类等效机；
步骤2.2：设置优化目标为双目标为最小化总加权完工时间TWC（Total Weighted Completion Time）和最小化总加权拖期时间TWT（Total Weighted Tardiness）；步骤2.3：建模逻辑；包括如下步骤：步骤2.3.1：普通工件与紧急工件由工件发生器生成并随机赋予到达时间、各工序加工时间等标签信息；步骤2.3.2：生成后的工件进入工件选机器暂存区后按照工件选择机器的分派规则进行指派；若该时刻工件没有工序可以分配的下游，则判断工件是否已经完成全部加工工序，若是则进入产库，否则进入工件选机器暂存区中等待下一时刻的分配；步骤2.3.3：可分配的工件完成后进入指定下游机器选工件暂存区，等到该时刻工件选机器暂存区内所有工件全部分配完成后，机器选工件暂存区内的工件按照权重/工序加工时间的值进行降序排序，所有排序等级层级为1的工件进入各工序等待加工暂存区，其余层次会重新回到工件选机器暂存区等待再次分配；步骤2.3.4：进入各工序等待加工暂存区的工件会根据指定排序规则进行再次排序，最优者进入机器进行加工，剩余工件进入工件选机器暂存区；步骤2.3.5：判断所有工件是否加工完成，加工完成结束模型运行，加工未完成转步骤2.3.2。
[0007] 前述的基于仿真的双目标并行机开放车间自适应动态调度方法中，所述步骤S2中的NSGA
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算法的设计方法按下述步骤进行：步骤3.1：随机初始化种群，按照如下编码方式对种群个体进行编码，对初始状态的基因位进行随机乱序操作得到初始解和初始种群；编码方式：用自然数编码方式，染色体上每位基因由工件编号(1～n)和工序编号(1～m)两部分组成；一条染色体的总基因位数为个；按照这种编码方式，初始状态为11,12,
…
,1m,
…
,n1,n2,
…
,nm，其中nm表示第n个工件在工序m上进行加工；步骤3.2：对种群中染色体q进行解码操作，包括如下步骤：步骤3.2.1：生成m行n列全0矩阵Q，记录每道工序下一个需要加工的工件编号，令；步骤3.2.2:判断是否成立；若是，转步骤3.2.3；若否，输出矩阵Q；步骤3.2.3：将染色体q第i位上的基因拆分为工件编号a和工序编号b；步骤3.2.4：将矩阵Q中b行的第一个零元素改写为工件编号a，令，返回步骤3.2.2；步骤3.3：通过工件加工顺序矩阵Q，计算染色体q的目标值，包括如下步骤：步骤3.3.1：确定在t时刻可用的机器与可加工的工件；步骤3.3.2：对于可加工的工件，按照机器优先规则选择机器；步骤3.3.3：更新机器状态与时刻t，循环上述过程，直到矩阵Q中每道工序上的工件按照预定的顺序选择机器；根据工件在每道工序上的加工顺序和加工时间等信息，计算目标值总加权完工时间TWC和总加权拖期时间TWT;步骤3.4：遗传操作设计，具体过程包括：步骤3.4.1：进行复制操作：选择复制N条父代染色体，将N条父代染色体与N条子代
染色体组合成的2N条染色体中选择复制N条染色体形成新种群；根据快速非支配排序后染色体所在的排序等级，优先选择复制等级低的染色体；若染色体的排序等级相同，优先选择拥挤度大的染色体；步骤3.4.2：进行交叉操作，包括如下步骤：步骤3.4.2.1：从种群P中选择了染色体，将染色体基因位的工件编号和工序编号相加，和为偶数转步骤3.4.2.2，和为奇数转3.4.2.3；步骤3.4.2.2：从左向右依次选择的第1个可用基因，将其复制给子代，同时删除染色体和中的相同基因；步骤3.4.2.3.从左向右依次选择的第1个可用基因，并将其复制给，同时删除染色体和中的相同基因；步骤3.4.3：进行变异操作：将染色体还原成每道工序上工件加工顺序矩阵，再将任意两道工序加工顺序互换；步骤3.5：基于独立解的密度的NSGA
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算法，包括如下步骤：步骤3.5.1.多样性判断：假设两条长度为nm的染色体和，其第c位基因的差异以及染色体之间的差异值计算公式为，；若的值越大，表示染色体和的差异越大；若的值为0，则表示染色体和相同；若染色体与种群内其他染色体的差异值均大于0，则染色体对应的解称为独立解；若表示种群内的独立解数量，则独立解密度，表示独立解在种群规模中的占比；步骤3.5.2：多样性提升，设定预期的独立解密度为，假设为算法某一次迭代后的独立解密度值，若，则表示种群内存在冗余染色体，需要将部分冗余染色体剔除，产生新染色体，提升种群多样性，保证算法质量，包括如下步骤：步骤3.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于仿真的双目标并行机开放车间自适应动态调度方法，其特征在于，按下述步骤进行：S1：通过FlexSim构建双目标并行机开放车间模型；S2：通过MATLAB运行NSGA
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算法得到多个调度方案；S3：通过层次分析法AHP确定最优调度方案；S4：FlexSim仿真执行调度方案；S5：到达动态调度时刻进行自适应周期动态调度，出现紧急工件进行右移重调度；S6：判断工件是否全部加工完成，加工完成结束调度，加工未完成转S4。2.根据权利要求1所述的基于仿真的双目标并行机开放车间自适应动态调度方法，其特征在于，所述步骤S1中的FlexSim构建双目标并行机开放车间模型按下述步骤进行：步骤2.1：确认模型要素：并行机开放车间调度问题可以描述为将工件集中的个工件安排在机器集中的个阶段或工序的机器上加工，工件在每个阶段的加工顺序不受限制；其中，，且至少存在一个或多个阶段的机器数量，机器为同类等效机；步骤2.2：设置优化目标为双目标为最小化总加权完工时间TWC和最小化总加权拖期时间TWT；步骤2.3：建模逻辑；包括如下步骤：步骤2.3.1：普通工件与紧急工件由工件发生器生成并随机赋予到达时间、各工序加工时间等标签信息；步骤2.3.2：生成后的工件进入工件选机器暂存区后按照工件选择机器的分派规则进行指派；若该时刻工件没有工序可以分配的下游，则判断工件是否已经完成全部加工工序，若是则进入产库，否则进入工件选机器暂存区中等待下一时刻的分配；步骤2.3.3：可分配的工件完成后进入指定下游机器选工件暂存区，等到该时刻工件选机器暂存区内所有工件全部分配完成后，机器选工件暂存区内的工件按照权重/工序加工时间的值进行降序排序，所有排序等级层级为1的工件进入各工序等待加工暂存区，其余层次会重新回到工件选机器暂存区等待再次分配；步骤2.3.4：进入各工序等待加工暂存区的工件会根据指定排序规则进行再次排序，最优者进入机器进行加工，剩余工件进入工件选机器暂存区；步骤2.3.5：判断所有工件是否加工完成，加工完成结束模型运行，加工未完成转步骤2.3.2。3.根据权利要求1所述的基于仿真的双目标并行机开放车间自适应动态调度方法，其特征在于，所述步骤S2中的NSGA
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算法的设计方法按下述步骤进行：步骤3.1：随机初始化种群，按照如下编码方式对种群个体进行编码，对初始状态的基因位进行随机乱序操作得到初始解和初始种群；编码方式：用自然数编码方式，染色体上每位基因由工件编号1～n和工序编号1～m两部分组成；一条染色体的总基因位数为个；按照这种编码方式，初始状态为11,12,
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,1m,
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,n1,n2,
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,nm，其中nm表示第n个工件在工序m上进行加工；步骤3.2：对种群中染色体q进行解码操作，包括如下步骤：
步骤3.2.1：生成m行n列全0矩阵Q，记录每道工序下一个需要加工的工件编号，令；步骤3.2.2:判断是否成立；若是，转步骤3.2.3；若否，输出矩阵Q；步骤3.2.3：将染色体q第i位上的基因拆分为工件编号a和工序编号b；步骤3.2.4：将矩阵Q中b行的第一个零元素改写为工件编号a，令，返回步骤3.2.2；步骤3.3：通过工件加工顺序矩阵Q，计算染色体q的目标值，包括如下步骤：步骤3.3.1：确定在t时刻可用的机器与可加工的工件；步骤3.3.2：对于可加工的工件，按照机器优先规则选择机器；步骤3.3.3：更新机器状态与时刻t，循环上述过程，直到矩阵Q中每道工序上的工件按照预定的顺序选择机器；根据工件在每道工序上的加工顺序和加工时间等信息，计算目标值总加权完工时间TWC和总加权拖期时间TWT；步骤3.4：遗传操作设计，具体过程包括：步骤3.4.1：进行复制操作：选择复制N条父代染色体，将N条父代染色体与N条子代染色体组合成的2N条染色体中选择复制N条染色体形成新种群；根据快速非支配排序后染色体所在的排序等级，优先选择复制...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚绒，管舒晨，黄成军，黄沈权，李小刚，林苏奔，冯光，孙浩然，卢成绩，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：