一种差异化订单齐套交付的多目标并行机调度方法技术

本发明专利技术提供了一种差异化订单交付的多目标并行机调度方法，包括：步骤S10：建立数学模型，根据面临的调度的实际问题生成对应原材料分配模型、型材排料模型、零件齐套模型，同时定义原材料分配问题的优化目标在泛化阶段的机器的最小化最大完工时间，泛化阶段的所需材料总量，和个性化阶段最小化最大齐套时间、最小化提前组件数量和最小化延迟组件数量这三个目标；步骤S20：设计处理大批量定制背景下的车间调度问题的相关参数；步骤S30：进行染色体编码和解码的工作；步骤S40：采用NSGA

【技术实现步骤摘要】
一种差异化订单齐套交付的多目标并行机调度方法
一、

[0001]本专利技术涉及车间调度领域，是一种考虑订单差异化及零件齐套交付的多目标并行机调度方法。
二、
技术介绍

[0002]工业4.0环境下的客户订单呈现出更大程度的多样化、定制化以及快速响应的特性。在按订单生产的行业中，客户在订购时可能会选择多种不同配置的定制产品。由于不同客户的订单存在通用化和差异化部分，使得所有订单零件的排产具有耦合性，最后产品装配阶段还需齐套交付。齐套交付要求同一组件订单的所有零件尽可能同时完工，以便立即进行装配或订单交付，而无需不必要的等待。齐套交付不仅有助于降低库存成本还有助于订单按需交付。因此，提高差异化订单齐套交付效率成为此类调度问题面临的主要难点。
[0003]在许多制造企业中，如铁塔等钢结构型材下料及装配制造企业，这些企业的调度过程大体相同，其生产车间根据多个订单车型生产型材零件。该生产过程包括：型材搬运分配至暂存区、根据型材种类依序送入机床，型材切割成零件，根据订单分拣零件。从型材准备到订单完成的调度过程分为3个阶段：(1)针对订单信息进行零件排料(2)型材调度及排序(3)零件调度及排序。
[0004]传统的调度方法没有考虑订单与订单之间的关系和零件与零件之间的关系，故存在如下缺陷：由于每根型材进入机床的顺序及该型材上排料零件的切割顺序具有不同的优先级，会延误组件齐套，导致订单不能准时交付。然而，如果只考虑齐套交付，那么企业的制造资源可能存在利用率不平衡。而资源利用率的不均衡将直接导致企业制造成本的增加。
>三、
技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题，在于既考虑了满足大规模定制的规模效应的大规模定制下的通用化和差异化思想，又考虑了大规模定制下的个性化思想。本专利技术将上述问题建立多个阶段的模型，并使用多目标遗传算法NSGA
‑
II解决大批量定制下的车间调度问题，可以解决企业的生产要求。
[0006]本专利技术提供了一种差异化订单交付的多目标并行机调度方法，包括：
[0007]步骤S10、建立数学模型，根据面临的调度的实际问题生成对应原材料分配模型、型材排料模型、零件齐套模型，同时定义原材料分配问题的优化目标在泛化阶段的机器的最小化最大完工时间F1，泛化阶段的所需材料总量和个性化阶段最小化最大齐套时间F1、最小化提前组件数量F2和最小化延迟组件数量F3这三个目标；
[0008]步骤S20、设计处理大批量定制背景下的车间调度问题的相关参数；
[0009]步骤S30、进行染色体编码和解码的工作；
[0010]步骤S40、采用NSGA
‑
II算法对所述数学模型进行求解，到调度最优解。
[0011]进一步的，所述步骤10进一步包括：
[0012]步骤11、建立数学模型，所述的数学模型包括8个概念：原材料、型材、工件、工序、
设备、工时、齐套、利用率，所述原材料为同种规格的一捆型材。所述工序为工件的加工顺序，所述设备为每一工序可选的机器，所述工时为每一工序在不同设备上的加工时间，所述齐套为属于同一组件的所有零件成套，所述利用率为机床利用率与原材料利用率；
[0013]步骤12、建立原材料分配模型，定义最小化最大齐套时间F1为目标：
[0014]站在工件角度，优化工件最大齐套时间，使其最小的计算公式为：
[0015][0016]其中，T
h
为原材料h的加工时间，x
ih
为原材料h是否在机床i上加工，如果原材料h在机床i上加工则x
ih
为1，否则为0；
[0017]步骤13、建立型材排料模型，定义最小化提前组件数量F2为目标：
[0018]优化提前组件数量这个指标，使其最小的计算公式为：
[0019][0020]其中，如果部件j属于材料h中的g
‑
th型材则ψ
hgj
为1，否则ψ
hgj
为0；
[0021]步骤14、建立零件齐套模型，同时优化最小化最大齐套时间F1、最小化提前组件数量F2和最小化延迟组件数量F3这三个目标：
[0022]优化工件最大齐套时间，使其最小的计算公式为：
[0023][0024]SC
k
＝min(S
hgj
δ
kj
)
[0025]其中，EC
k
＝max((S
hgj
+t
j
)δ
kj
)
[0026][0027]其中，S
hgj
为属于材料h中g向型材上的零件j，δ
kj
表示工件j属于组件k，t
j
为零件j的加工时间。
[0028]优化提前组件数量为指标，使其最小的计算公式为：
[0029][0030]其中，SW
k
为组件k的交货期窗口开始时间，SC
k
为组件k的加工开始时间
[0031]最小化延迟组件数量F3[0032][0033]其中，EC
k
组件k的加工完成时间，EW
k
为组件k的交货期窗口结束时间。
[0034]考虑到模型精度和效率，在上述三个模型中，模型1和模型2采用精确法进行求解，求解器使用GUrobi，因为模型三是典型的多目标优化问题，且求解规模较大，所以采用NSGA
‑
II进行求解。
[0035]进一步的，所述步骤S20中主要包含设计处理大批量定制背景下车间调度问题的相关参数，主要包括：
[0036]M 一套机器；M＝{1,2,
…
,N
M
}
[0037]O 订单集合；O＝{1,2,
…
,N}
[0038]C 组件集合；C＝{1,2,
…
,N
C
}
[0039]J 零件集合；J＝{1,2,
…
,N
J
}
[0040]P 一系列的材料类型；P＝{1,2,
…
,N
P
}
[0041]进一步的，所述步骤S30中主要包含编码和解码的工作，其具体工作分别如下：
[0042]步骤S31、编码：本专利设计了一种基于零件的整数编码方式，该方法可以有效地表达机床上的原材料排序、原材料中每个物料的排序、每个物料中零件的排序，根据通用化阶段的模型优化结果，可以获得零件、物料、原材料、机床之间的隶属关系。
[0043]步骤S32、解码：本专利设计的染色体中的基因为数值进行零件编号，根据基因位先后顺序进行零件排序，其具体步骤如下：
[0044]步骤S33、通过基因位上的零件编号索引所在型材上的其他零件，形成该型材上的零件加工顺序；
[0045]步骤S34、通过型材的编号索引所属原材料种类的其他型材，形成型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种差异化订单齐套交付的多目标并行机调度方法，其特征在于：包括：步骤S10、建立数学模型，根据客车车架加工调度的实际问题生成对应原材料分配模型、型材排料模型、零件成套模型，同时定义最小化最大齐套时间F1、最小化提前组件数量F2和最小化延迟组件数量F3这三个目标；步骤S20、设计处理大批量定制背景下的车间调度问题的相关参数；步骤S30、进行染色体编码和解码的工作；步骤S40、采用NSGA
‑
II算法对所述数学模型进行求解，到调度最优解。2.如权利要求1所述的一种差异化订单交付的多目标并行机调度方法，其特征在于：所述步骤S10进一步包括：步骤11、建立数学模型，所述的数学模型包括8个概念：原材料、型材、工件、工序、设备、工时、齐套、利用率，所述原材料为同种规格的一捆型材，所述工序为工件的加工顺序，所述设备为每一工序可选的机器，所述工时为每一工序在不同设备上的加工时间，所述齐套为属于同一组件的所有零件成套，所述利用率为机床利用率与原材料利用率；步骤12、建立原材料分配模型，定义最小化最大齐套时间F1为目标：站在工件角度，优化工件最大齐套时间，使其最小的计算公式为：其中，T
h
为原材料h的加工时间，x
ih
为原材料h是否在机床i上加工，如果原材料h是在机床i上加工则x
ih
为1，否则x
ih
为0；步骤13、建立型材排料模型，定义最小化提前组件数量F2为目标：站在所需材料角度，优化提前组件数量这个指标，使其最小的计算公式为：其中，如果部件j属于材料h中的g
‑
th型材则ψ
hgj
为1，否则ψ
hgj
为0；步骤14、建立零件齐套模型，同时优化最小化最大齐套时间F1、最小化提前组件数量F2和最小化延迟组件数量F3这三个目标：站在工件角度，优化工件最大齐套时间，使其最小的计算公式为：其中，其中，S
hgj
为属于材料h中g向型材上的零件j，δ
kj
表示工件j属于组件k，t
j
为零件j的加工时间。优化提前组件数量这个指标，使其最小的计算公式为：
其中，SW
k
为组件k的交货期窗口开始时间，SC
k
为组件k的加工开始时间最小化延迟组件数量F3其中，EC
k
为组件k的加工完成时间，EW
k
为组件k的交货期窗口结束时间。考虑到模型精度和效率，在上述三个模型中，模型1和模型2采用精确法进行求解，求解器使用GUrobi，因为模型三是典型的多目标优化问题，且求解规模较大，所以采用NSGA
‑
II进行求解。3.如权利2所述步骤S20中主要包含设计处理大批量定制背景下车间调度问题的相关参数，主要包括：M一套机器；M＝{1,2,
…
,N
M
}O订单集合；O＝{1,2,
…
,N}C组件集合；C＝{1,2,
…
,N
C
}J零件集合；J＝{1,2,
…
,N
J
}P一系列的材料类型；P＝{1,2,
…
,N
P
}。4.如权利3所述的一种差异化订单交付的多目标并行机调度方法，其特征在于：步骤S31、编码：本专利设计了一种基于零件的编码方式，该方法可以有效地表达机床上的原材料排序、原材料中每个物料的排序、每个物料中零件的排序。根据通用化阶段的模型优化结果，可以获得零件、物料、原材料、机床之间的隶属关系；步骤S32、解码：本专利设计的染色体中的基因为数值进行零件编号，根据基因位先后顺序进行零件排序，其具体步骤如下：步骤S33、通过基因位上的零件编号索引所在型材上的其他零件，形成该型材上的零件加工顺序；步骤S34、通过型材的编号索引所属原材料种类的其他型材，形成型材的加工顺序；步骤S35、通过原材料的编号索引其所在机床上的其他原材料，形成原材料的加工顺序。通过上述步骤，依次完成所有基因位排序，从而形成一个排序方案。在结合零件加工时间、每根型材的加工时间和每种原材料的加工时间，最终形成一个可行的调度方案。5.如权利要求4述的一种差异化订单交付的多目标并行机调度方法，其特征在于：所述的步骤S40进一步包括：S41、快速非支配排序；S42、选择策略；S43、分段交叉/变异；S44、精英保留策略；进一步的，所属步骤S40包括：步骤1、初始化帕累托解集，假设T个目标函数，种群大小为pop,首先确定种群中的非支配解，作为最高前端；步骤2、设个体rr...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛江华，张杰，朱晓飞，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：