一种考虑备料计划的柔性作业车间动态调度优化方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及车间调度技术领域，尤其是涉及的是一种考虑备料计划的柔性作业车间动态调度优化方法及系统。该调度优化方法包括故障机器信息的读取、待调整工序集的获取以及最优组合调度方案的形成。针对备料计划调整问题，使用本发明专利技术的调度优化方法时，调度人员可以在机器故障发生时实时快速建立带有备料计划关联调整的柔性作业车间动态调度模型，根据提出的改进的受影响工序选择方法

【技术实现步骤摘要】
一种考虑备料计划的柔性作业车间动态调度优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及车间调度
，尤其是涉及的是一种考虑备料计划的柔性作业车间动态调度优化方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，伴随着消费结构升级，买方市场和消费者个性化、定制化、时效性要求的步步紧逼，满足“多样化、小规模、周期可控”的柔性化生产、柔性制造，才是企业未来生存和制胜的关键，因此柔性作业车间调度问题已成为制造业企业主要面临的问题之一。
[0003]在实际的生产过程中，经常发生诸如机器故障、订单加急、订单取消等动态事件，使得实际的生产环境愈加复杂，因此延伸出柔性作业车间动态调度问题。受到动态事件的影响，未加工工序需要调整加工设备，进一步造成相应的原料需求变更，而过度的备料计划调整会进一步的降低生产效率。
[0004]对机器故障下的柔性作业车间调度问题的描述如下：
[0005]车间共有m台机器供于工作，包含n个待加工工件，每个工件有j道工序，每道工序可以在不同机器上加工，加工时间根据机器的性能决定。
[0006]对机器故障下的柔性作业车间调度问题作如下规范化约束：
[0007](1)初始零时刻所有工件皆可进行加工；
[0008](2)每台机器同一时刻只能加工一个工件；
[0009](3)每个工件的加工都按照严格的加工工艺次序，不能抢断；
[0010](4)每个工件的工序同一时刻只能在一个机器上加工；
[0011](5)不同工件优先级相同；
[0012](6)不同工件的各工序之间没有先后次序之分；
[0013](7)工件一旦开始在机器上加工，便不能中断；
[0014](8)故障机器上的在生产工件立刻停止加工，且不可转移，等待故障修复成功后继续加工；
[0015](9)除故障机器外，其余机器上正在加工的工件仍在原分配的机器上进行加工，直至完成。
[0016]当前，针对机器故障下的备料计划调整方案较少，而针对动态事件的柔性作业车间动态调度方案较多。但多数的重调度方案主要从单目标或从多目标的角度出发，且并没有兼顾调度系统的稳定性和鲁棒性，容易造成车间加工调整的压力，难以维护原预调度系统的稳定性，给生产计划人员和生产加工人员带来很大的压力。通常采用的优化算法如：遗传算法、粒子群算法、帝国主义算法等，此类优化算法虽然得出的效果较好，但是其运行时间较长，难以适应快速的生产车间节奏，实时性差。目前实时性较好的方法主要采用右移重调度、路线更改重调度以及采用纳什均衡博弈论的重调度方式，但是右移重调度难以兼顾其他优化目标，路线更改重调度方式虽然能够保证一定的调度系统稳定性，但是往往不能很好地兼顾鲁棒性，而采用纳什均衡博弈论的重调度方式拥有比较好的效果，但是随机性
效果比较强，结果不够稳定。
[0017]目前，常见的动态调度方案未能考虑备料计划的调整问题，使得生产车间工作人员增加工作负担、并且影响工作效率和企业收益。针对机器故障的动态因素影响，考虑到备料计划关联调整问题，较好的方式应当是采用路线更改的方式，将受影响的加工工序进行合理调整，拥有较好的调度系统稳定性，然而此种传统路线更改方式难以兼顾系统的鲁棒性。

技术实现思路

[0018]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及其他说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0019]本专利技术的目的在于克服上述不足，提供了一种考虑备料计划的柔性作业车间动态调度优化方法及系统。针对备料计划调整问题，使用本专利技术的调度优化方法时，调度人员可以在机器故障发生时实时快速建立带有备料计划关联调整的柔性作业车间动态调度模型，根据提出的改进的受影响工序选择方法(an Improved Method of Selection of the Affected Process,IMSAP)
‑
基于多阶段的合作博弈策略(Multi
‑
stage Cooperative Game Strategy,MCGS)重调度优化方法获得重调度方案，该重调度方案拥有较好的鲁棒性与稳定性，在维护原预调度目标的基础上，实现尽量少的备料计划调整，以提升生产效益。
[0020]为实现上述目的，本专利技术的技术解决方案是，一种考虑备料计划的柔性作业车间动态调度优化方法，包括
[0021]故障机器信息的读取；
[0022]待调整工序集的获取，根据故障机器信息，采用改进的受影响工序选择方法(IMSAP)获取待调整工序集；
[0023]最优组合调度方案的形成，将待调整工序集置于基于多阶段的柔性作业车间动态调度模型中进行分阶段地动态调度，并通过基于多阶段的合作博弈策略(MCGS)求解出最优组合调度方案。
[0024]在一些实施方式中，最优组合调度方案的形成步骤为
[0025]将待调整工序集分阶段从中选取g道工序作为待加工工序，并放入待调度任务池中；
[0026]判断第t阶段待调度任务池中的待加工工序是否仅剩一个，若是，则采用枚举法选择最优机器并输出最终多阶段合作博弈最优解，若不是，则进入下一步骤；
[0027]待调度任务池中的玩家在决策池中选取工序；
[0028]采用多阶段合作博弈方式求解最优组合；
[0029]判断所有工序是否被选择完毕，若是，则输出最终多阶段合作博弈最优解，若不是，则继续判断第t+1阶段待调度任务池中的待加工工序是否仅剩一个。
[0030]在一些实施方式中，待调度任务池中的玩家在决策池中选取工序是通过构建基于多阶段的柔性作业车间动态调度模型实现的，基于多阶段的柔性作业车间动态调度模型的构建步骤为
[0031]将待调度任务池中的工序作为博弈玩家集P
t
；
[0032]将可用机器集作为决策池S
t
；
[0033]玩家进行策略选择后的所有效用集记为U
t
，
[0034]构建基于多阶段的柔性作业车间动态调度模型
[0035]G
t
＝{P
t
；S
t
；U
t
}t＝1,2,...,L
[0036]式中：L为博弈阶段次数。
[0037]在一些实施方式中，采用多阶段合作博弈方式求解最优组合具体为在每一阶段的合作博弈中，各个博弈玩家之间相互协调以达到全体效果的最优值：
[0038][0039]若满足上式，则为S
t
*当前t阶段一个动态博弈的最优解，也表示各个玩家协作做出的最优决策。
[0040]在一些实施方式中，采用枚举法选择最优机器并输出最终多阶段合作博弈最优解具体为：在t阶段，从待调度任务池中取出待加工的工序，然后从可转移的机器集S
t
选取可转移机器，对所有可能组合选择最优min(Y)。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑备料计划的柔性作业车间动态调度优化方法，其特征在于，包括故障机器信息的读取；待调整工序集的获取，根据故障机器信息，采用改进的受影响工序选择方法获取待调整工序集；最优组合调度方案的形成，将待调整工序集置于基于多阶段的柔性作业车间动态调度模型中进行分阶段地动态调度，并通过基于多阶段的合作博弈策略求解出最优组合调度方案。2.根据权利要求1所述的考虑备料计划的柔性作业车间动态调度优化方法，其特征在于，最优组合调度方案的形成步骤为将待调整工序集分阶段从中选取g道工序作为待加工工序，并放入待调度任务池中；判断第t阶段待调度任务池中的待加工工序是否仅剩一个，若是，则采用枚举法选择最优机器并输出最终多阶段合作博弈最优解，若不是，则进入下一步骤；待调度任务池中的玩家在决策池中选取工序；采用多阶段合作博弈方式求解最优组合；判断所有工序是否被选择完毕，若是，则输出最终多阶段合作博弈最优解，若不是，则继续判断第t+1阶段待调度任务池中的待加工工序是否仅剩一个。3.根据权利要求2所述的考虑备料计划的柔性作业车间动态调度优化方法，其特征在于，待调度任务池中的玩家在决策池中选取工序是通过构建基于多阶段的柔性作业车间动态调度模型实现的，基于多阶段的柔性作业车间动态调度模型的构建步骤为将待调度任务池中的工序作为博弈玩家集P
t
；将可用机器集作为决策池S
t
；玩家进行策略选择后的所有效用集记为U
t
，构建基于多阶段的柔性作业车间动态调度模型G
t
＝{P
t
；S
t
；U
t
} t＝1,2,...,L式中：L为博弈阶段次数。4.根据权利要求2所述的考虑备料计划的柔性作业车间动态调度优化方法，其特征在于，采用多阶段合作博弈方式求解最优组合具体为在每一阶段的合作博弈中，各个博弈玩家之间相互协调以达到全体效果的最优值：若满足上式，则为S
t
*当前t阶段一个动态博弈的最优解，也表示各个玩家协作做出的最优决策。5.根据权利要求2所述的考虑备料计划的柔性作业车间动态调度优化方法，其特征在于，采用枚举法选择最优机器并输出最终多阶段合作博弈最优解具体为：在t阶段，从待调度任务池中取出待加工的工序，然后从可转移的机器集S
t
选取可转移机器，对所有可能组合选择最优min(Y)。6.根据权利要求5所述的考虑备料计划的柔性作业车间动态调度优化方法，其特征在于，当出现多个最优组合时，选择最小σ2的组合，其中，σ2的计算方式如下：
式中：表示所有机器结束时间的均值，σ2表示对机器运行结束终止时间的方差。7.根据权利要求5所述的考虑备料计划的柔性作业车间动态调度优化方法，其特征在于，可转移的机器集是通过引入条件筛选转移工序的可用机器集而获取的，式中：k为预调度中工序O
ij
的机器，k
*
为该阶段选取的机器。对每个阶段的工序只有满足上式的情况下才有可转移的机器集S
t
。8.根据权利要求1所述的考虑备料计划的柔性作业车间动态调度优化方法，其特征在于，改进的受影响工序选择方法具体包括工序后移步骤，机器故障发生后，故障机器上的后续工序后移，具体的算法如下t'
cko
＝t
cko
+T
bk
t'
ck(ο+1)<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑铭，周鑫文，陈豪，陈松航，王森林，王耀宗，连明昌，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：