考虑服务等级的多处理机工件调度方法技术

本发明专利技术提出考虑服务等级的多处理机工件调度方法，考虑人和机器等柔性资源加工能力的差异以及工件对于不同加工资源和加工能力的要求，设计动态规划算法和近似算法，实现资源“取长补短”式的协同配置方案，解决柔性资源优化匹配和多处理机工件排序的技术难题。化匹配和多处理机工件排序的技术难题。化匹配和多处理机工件排序的技术难题。

【技术实现步骤摘要】
考虑服务等级的多处理机工件调度方法


[0001]本专利技术涉及多处理机工件协同调度问题，尤其涉及一种考虑服务等级的多处理机工件调度方法。

技术介绍

[0002]多处理机工件调度问题(Multiprocessor Job Scheduling Problem,MJSP)是指在同一时刻可利用多个处理机并行加工一个工件，有效利用人和机器等柔性资源，充分挖掘人机协同的潜能，决策如何配置机器以及调度工件，实现人
‑
机器
‑
工件优化匹配和高效协作，以达到优化调度目标。机器与工件之间构成了多对一的动态匹配关系，突破了经典调度中一个工件在同一时刻只能由一个机器加工的限制，将经典调度涉及的排序问题拓展为机器
‑
工件匹配和工件排序优化问题。
[0003]在实际生产和服务系统中，多处理机工件普遍存在频繁应用。例如航空发动机装配工艺专业化程度高、高精尖技术密集，在装配过程中，不仅需要大量的工业机器人、专用设备、专用工装夹具，还需要大量的技术员和装配工，通过人机物等柔性资源协同装配，保证装配精度，提高装配效率。显见，多个装配工、多个专用设备协同操作执行装配的过程就表现为机器与工件多对一的加工方式。同时，人、机器的操作技能、操作等级、熟练程度以及协同方式均对装配时间、质量和精度有显著影响。那么，如何在多处理机工件调度中体现人、机器的操作技能、操作等级、熟练程度等因素，进而合理利用生产资源，充分释放生产能力，进一步提高作业效率，最终实现装配线高效运转，是一个值得研究的技术问题。
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技术实现思路

[0004]本专利技术将实际的人和机器定义为广义的机器，将操作工技能等级、机器加工能力统一抽取为服务等级参数，并针对机器与工件多对一的加工方式，考虑广义机器加工能力差异，通过建立多处理机工件调度模型，分析问题的复杂性，设计动态规划算法及近似算法，解决机器
‑
工件匹配和工件排序优化的难题，以此提高装配资源的利用程度，提升航空发动机的装配效率。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种考虑服务等级的多处理机工件调度方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：构建考虑服务等级的多处理机工件调度模型Qm|m
j
,GoS|C
max
：
[0008]obj.min C
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.1)
[0009][0010][0011][0012]S
j
≥C
j
′
‑
M(2
‑
x
j,i,h
‑
x
j
′
,i,h
‑1)j≠j
′
；i＝1,
…
,m；h＝1,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.5)
[0013]C
j
＝S
j
+p
j
*m
j
/v
j j＝1,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.6)
[0014][0015][0016]S
i,h
≥C
i,h
‑1i＝1,
…
,m；h＝1,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.9)
[0017]S
i,h
≤S
j
+M(1
‑
x
j,i,h
)j＝1,
…
,n；i＝1,
…
,m；h＝1,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.10)
[0018]S
i,h
≥S
j
‑
M(1
‑
x
j,i,h
)j＝1,
…
,n；i＝1,
…
,m；h＝1,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.11)
[0019]S
i,h
≥0i＝1,
…
,m；h＝1,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.12)
[0020]C
max
≥C
j j＝1,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.13)
[0021]x
jih
＝{0,1}j＝1,2,
…
,n；i＝1,2,..,m；h＝1,2,..,n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.14)
[0022]其中，x
ji
为0
‑
1变量，若工件J
j
在机器M
i
的位置h上加工时，x
jih
＝1；否则x
jih
＝0；式(1.1)为模型的目标函数，最小化最大完工时间C
max
；式(1.2)和式(1.3)表示多处理机工件J
j
需要m
j
台机器加工，且只有当工件服务等级大于机器服务等级时，才可在其上进行加工；式(1.4)、式(1.5)和式(1.6)表示每台机器同一加工位置只能加工一个工件，其中M为一极大正数；式(1.9)、式(1.10)和式(1.11)表示加工同一工件的机器同时开工，其中M为一极大正数；式(1.14)表示x
jih
为0
‑
1变量；其他约束为附加约束；
[0023]步骤2：设计动态规划算法或者启发式算法LG
‑
LPT对考虑服务等级的多处理机工件调度问题数学模型进行解算，得到最优目标。
[0024]进一步的，在构建考虑服务等级的多处理机工件调度模型时：
[0025]给定包含n个工件的工件集合具有3台并行异速机的机器集合机器M1和M2的服务等级记为1，加工速度均设为1，机器M3的服务等级记为2，加工速度设为s(s<1)；定义加工所需机器台数为k的工件为k
‑
处理机工件，工件J
j
的加工时间为p
j
，且各个工件的加工时间随加工机器不同而变化，假定在符合加工约束的前提下，1
‑
处理机工件J
j
在机器M1和M2上的加工时间均为l
j
/1，在机器M3上加工时间为l
j
/s；2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑服务等级的多处理机工件调度方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：构建考虑服务等级的多处理机工件调度模型Qm|m
j
,GoS|C
max
：obj.min C
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.1)(1.1)(1.1)S
j
≥C
j
′
‑
M(2
‑
x
j,i,h
‑
x
j
′
,i,h
‑1)j≠j
′
；i＝1,
…
,m；h＝1,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀ
(1.5)C
j
＝S
j
+p
j
*m
j
/v
j j＝1,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.6)(1.6)S
i,h
≥C
i,h
‑1i＝1,
…
,m；h＝1,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.9)S
i,h
≤S
j
+M(1
‑
x
j,i,h
)j＝1,
…
,n；i＝1,
…
,m；h＝1,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.10)S
i,h
≥S
j
‑
M(1
‑
x
j,i,h
)j＝1,
…
,n；i＝1,
…
,m；h＝1,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.11)S
i,h
≥0i＝1,
…
,m；h＝1,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.12)C
max
≥C
j j＝1,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀ
(1.13)x
jih
＝{0,1}j＝1,2,
…
,n；i＝1,2,..,m；h＝1,2,..,n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.14)其中，x
ji
为0
‑
1变量，若工件J
j
在机器M
i
的位置h上加工时，x
jih
＝1；否则x
jih
＝0；式(1.1)为模型的目标函数，最小化最大完工时间C
max
；式(1.2)和式(1.3)表示多处理机工件J
j
需要m
j
台机器加工，且只有当工件服务等级大于机器服务等级时，才可在其上进行加工；式(1.4)、式(1.5)和式(1.6)表示每台机器同一加工位置只能加工一个工件，其中M为一极大正数；式(1.9)、式(1.10)和式(1.11)表示加工同一工件的机器同时开工，其中M为一极大正数；式(1.14)表示x
jih
为0
‑
1变量；其他约束为附加约束；步骤2：设计动态规划算法对考虑服务等级的多处理机工件调度问题数学模型进行解算，得到最优目标。2.一种考虑服务等级的多处理机工件调度方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1:构建权利要求1中步骤1所述考虑服务等级的多处理机工件调度模型Qm|m
j
,GoS|C
max
；步骤2：设计启发式算法LG
‑
LPT对考虑服务等级的多处理机工件调度问题数学模型进行解算，得到最优目标。3.一种考虑服务等级的多处理机工件调度方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：构建考虑服务等级的多处理机工件调度模型：给定包含n个工件的工件集合具有3台并行异速机的机器集合机器M1和M2的服务等级记为1，加工速度均设为1，机器M3的服务等级记为2，加工速度设为s(s<1)；定义加工所需机器台数为k的工件为k
‑
处理机工件，工件J
j
的加工时间为p
j
，且各个工件的加工时间随加工机器不同而变化，假定在符合加工约束的前提下，1
‑
处理机工件J
j
在机器M1和M2上的加工时间均为l
j
/1，在机器M3上加工时间为l
j
/s；2
‑
处
理机工件J
j
在机器M1、M2上的加工时间为l
j
/2，在机器M1、M3或M2、M3上的加工时间为l
j
/1+s；所有工件均在0时刻到达，机器在0时刻开始加工，工件加...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军强，孙涛，桑耀文，延爽，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：