一种改进NSGA-Ⅱ算法的柔性生产单元排产调度优化方法技术

本发明专利技术属于一种生产排产、智能优化、计算机应用领域，具体涉及一种改进NSGA

【技术实现步骤摘要】
一种改进NSGA
‑Ⅱ
算法的柔性生产单元排产调度优化方法


[0001]本专利技术属于一种生产排产、智能优化、计算机应用领域，具体涉及一种改进NSGA
‑Ⅱ
算法的柔性生产单元排产调度优化方法。

技术介绍

[0002]随着社会经济的进一步发展，生产制造业及相关产业也发生了翻天覆地的变化，主要的变化体现在生产规模的巨大化和生产过程的连续化。如何在原料供应和生产需求发生改变的情况下，充分利用现有资源以合理组织生产和经营，是研究调度问题的主要目的。
[0003]柔性生产单元能够在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化，能够较好的适应高度离散的生产环境，能够高效应对多品种、小批量的产品加工模式，提高生产效率。柔性生产单元中的排产调度优化是提高生产效率的关键因素之一。
[0004]柔性生产单元排产调度优化问题是指为每个上线零件寻求最理想的加工顺序及加工设备，并满足实际排产调度约束。目前在排产调度优化问题模型建立中主要以完工时间、设备负载率等为优化目标，而为考虑单元稳定运行，优化其瓶颈设备负载的专利技术还较少，可能会造成产线某一设备过负荷运行，造成单元生产停滞。在排产调度优化问题求解方面，NSGA
‑Ⅱ
算法是有效方法之一，但其收敛快，局部搜索能力不足，解易早熟，对于柔性生产单元排产调度优化复杂问题优化的效果不明显，求解方案时可能会造成丢失最优解。
[0005]综上所述，不断优化柔性生产单元排产调度优化的方法，是本领域科研人员的重点研究方向。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种改进NSGA
‑Ⅱ
算法的柔性生产单元排产调度优化方法，以解决现有技术对于柔性生产单元排产调度优化复杂问题优化的效果不明显，求解方案时可能会造成丢失最优解的问题。
[0007]为了达到本专利技术的目的，本专利技术提供一种改进NSGA
‑Ⅱ
算法的柔性生产单元排产调度优化方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：确定柔性生产单元排产调度优化问题的描述和相关假设问题描述：在单元内M个设备上共安排N种零件的加工，每种零件由多道工序加工而成，其中工序满足工艺约束，每道工序可由M个设备中的一个或多个进行加工；
[0009]设定假设条件：生产单元内不存在紧急插单情况；各零件的加工顺序级相同；在单元运转过程中不存在机器设备故障的干扰情况；零件加工时间过长时，忽略机器人搬运零件机床上下料时间及机床等待时间；制造单元内设备额定负载时间相同；
[0010]步骤2：建立柔性生产单元排产调度优化多目标优化的数学模型：
[0011]步骤3：在NSGA
‑
II算法中，添加禁忌搜索算法对工序字符串个体当前解的邻域进行搜索，最后求解模型得出柔性生产单元排产调度方案。
[0012]进一步的，上述步骤2的具体步骤包括：
[0013]2.1最大完工时间最小模型
[0014]F1＝minT
max
[0015][0016]1≤j≤n
[0017]式中，T
max
为所有零件的最大完工时间，T
j
为零件j的加工时间，j为零件号，n为零件总数；
[0018]2.2瓶颈设备负载最小模型
[0019][0020]式中，W
m
为瓶颈设备负载，i为零件序号，j为零件号，n为零件总数，O
ij
为零件i的第j道工序，P
ijh
为工序O
ij
在设备h上的加工时间，x
ijh
＝1时表示工序O
ij
在设备h上加工，x
ijh
＝0时表示工序O
ij
不在设备h上加工；
[0021]2.3单元设备总负载最小模型
[0022][0023]式中，W
t
为单元设备负载，i为零件序号，j为零件号，m为设备总数，n为零件总数，O
ij
为零件i的第j道工序，P
ijh
为工序O
ij
在设备h上的加工时间，x
ijh
＝1时表示工序O
ij
在设备h上加工，x
ijh
＝0时表示工序O
ij
不在设备h上加工；
[0024]2.4将上述目标模型函数集合成多目标优化函数，具体如下：
[0025]min[F1，F2，F3][0026]式中，F1为最大完工时间，F2为瓶颈设备负载，F3为单元设备总负载；
[0027]2.5根据单元实际排产调度需求添加约束条件
[0028]2.5.1工艺约束
[0029][0030]式中，T
ij
为工序O
ij
的完工时间点，S
ijh
为工序O
ij
在设备h上的开始加工时间点，P
ijh
为工序O
ij
在设备h上的加工时间，x
ijh
＝1时表示工序O
ij
在设备h上加工，x
ijh
＝0时表示工序O
ij
不在设备h上加工；
[0031]2.5.2设备约束
[0032][0033]式中，x
ijh
＝1时表示工序O
ij
在设备h上加工，x
ijh
＝0时表示工序O
ij
不在设备h上加工；
[0034]2.5.3时间约束
[0035]S
ij
＝max(T
i(j
‑
1)
，T
i
′
j
′
)
[0036]式中，S
ij
为工序O
ij
开始加工时间点，T
i(j
‑
1)
为工序O
ij
的前一道工序的完工时间点，T
i
′
j
′
为工序O
ij
在同一台设备上加工的前一道工序的完工时间点。
[0037]进一步的，上述步骤3中改进NSGA
‑
II算法的具体步骤包括：
[0038]3.1设置变量及参数：输入建立模型中全局变量和相关参数，设定NSGA
‑
II和禁忌搜索算法各自的参数与规则；
[0039]3.2编码：采用多层十进制编码方式随机产生N个个体并构成初始种群P
o
；
[0040]3.3解码：分别对设备指派编码(A编码)和工序指派编码(B编码)进行解码，从左到右依次读取其基因位置并将其转换为设备矩阵J
M
和对应的设备时间矩阵T
M
，得到所有零件的工序在哪一设备进行加工及需要多少时间完工；
[0041]3.4对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进NSGA
‑
II算法的柔性生产单元排产调度优化方法，其特征在于：包括以下步骤步骤1：确定柔性生产单元排产调度优化问题的描述和相关假设问题描述：在单元内M个设备上共安排N种零件的加工，每种零件由多道工序加工而成，其中工序满足工艺约束，每道工序可由M个设备中的一个或多个进行加工；设定假设条件：生产单元内不存在紧急插单情况；各零件的加工顺序级相同；在单元运转过程中不存在机器设备故障的干扰情况；零件加工时间过长时，忽略机器人搬运零件机床上下料时间及机床等待时间；制造单元内设备额定负载时间相同；步骤2：建立柔性生产单元排产调度优化多目标优化的数学模型：步骤3：在改进NSGA
‑
II算法中，添加禁忌搜索算法对工序字符串个体当前解的邻域进行搜索，最后求解模型得出柔性生产单元排产调度方案。2.根据权利要求1所述的一种改进NSGA
‑
II算法的柔性生产单元排产调度优化方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤包括2.1最大完工时间最小模型F1＝minT
max
1≤j≤n式中，T
max
为所有零件的最大完工时间，T
j
为零件j的加工时间，j为零件号，n为零件总数；2.2瓶颈设备负载最小模型式中，W
m
为瓶颈设备负载，i为零件序号，j为零件号，n为零件总数，O
ij
为零件i的第j道工序，P
ijh
为工序O
ij
在设备h上的加工时间，x
ijh
＝1时表示工序O
ij
在设备h上加工，x
ijh
＝0时表示工序O
ij
不在设备h上加工；2.3单元设备总负载最小模型式中，W
t
为单元设备负载，i为零件序号，j为零件号，m为设备总数，n为零件总数，O
ij
为零件i的第j道工序，P
ijh
为工序O
ij
在设备h上的加工时间，x
ijh
＝1时表示工序O
ij
在设备h上加工，x
ijh
＝0时表示工序O
ij
不在设备h上加工：2.4将上述目标模型函数集合成多目标优化函数，具体如下：min[F1，F2，F3]式中，F1为最大完工时间，F2为瓶颈设备负载，F3为单元设备总负载；2.5根据单元实际排产调度需求添加约束条件
2.5.1工艺约束式中，T
ij
为工序O
ij
的完工时间点，S
ijh
为工序O
ij
在设备h上的开始加工时间点，P
ijh
为工序O
ij
在设备h上的加工时间，x
ijh
＝1时表示工序O
ij
在设备h上加工，x
ijh
＝0时表示工序O
ij
不在设备h上加工；2.5.2设备约束式中，x
ijh
＝1时表示工序O
ij
在设备h上加工，x
ijh
＝0时表示工序O
ij
不在设备h上加工；2.5.3时间约束S
ij
＝max(T
i(j
‑
1)
，T
i
′
j
′
)式中，S
ij
为工序O
ij
开始加工时间点，T
i(j
‑
1)
为工序O
ij
的前一道工序的完工时间点，T
i
′
j
′
为工序O
ij
在同一台设备上加工的前一道工序的完工时间点。3.根据权利要求1或2所述的一种改进NSGA
‑
II算法的柔性生产单元排产调度优化方法，其特征在于：所述步骤3中改进NSGA
‑
II算法的具体步骤包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫莉，索鸣阳，李雨菲，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：