一种离散制造模式下的中间产品调度方法技术

本发明专利技术涉及一种离散制造模式下的中间产品调度方法，其特征在于：所述调度方法被建模为多目标多层级且具有空间约束的混合流水车间调度问题，首先建立具有工件父子关系和机器位置约束的混合整数线性规划模型，算法采用相邻机器优先级启发式算法生成初始解并解码，通过带禁忌搜索的多目标遗传算法来获取优化调度方案，以在合理的计算时间内最小化每台机器的总处理时间和总延迟。本发明专利技术优点是：能够从离散制造环境出发，建立的MOML

【技术实现步骤摘要】
一种离散制造模式下的中间产品调度方法


[0001]本专利技术涉及一种制造调度方法，特别涉及一种离散制造模式下的中间产品调度方法。

技术介绍

[0002]造船业是大型的离散制造业的典型代表，为了缩短制造周期，通常在船舶设计阶段将一艘船分成数百个分段，这些分段依据生产计划制造，然后造船厂进行最终组装。在造船行业，操作的标准化和自动化水平通常不高，因此加工和组装阶段的分段调度将直接影响订单的交付和机器的工作负荷，不合理的调度计划可能会造成巨大损失。因此，调度计划对此类制造企业的生产效率和竞争力有着重要影响。
[0003]例如在造船业中，制造作为中间产品的船舶分段调度问题类似于混合流水车间调度问题，其需要将一组工件(船舶分段)分配给一组机器(胎位，实际上是由多个工人和操作仪器组成的操作台)。在最终组装之前，每个船舶分段都需要在一些胎位中进行一系列阶段的处理。该类调度问题的另一个特点是其多目标性质，对于造船公司来说，船舶分段调度中最重要的目标之一是优化船舶分段的交付日期，以便大多数工件能够按时交付。另一个目标是提高胎位的周转率(即减少胎位处理一定数量的分段的总完工时间)，从而降低劳动力成本。然而，这两个目标在某种程度上是相互排斥的。例如，将已经接近交付日期的分段分配给最快空闲的胎位将减少该工件延迟时间，但可能会推迟需要足够空间进行组装的兄弟分段的加工，延迟胎位的完工时间。
[0004]船舶分段调度问题又不完全等同于混合流水车间调度，在造船业中，船舶分段的尺寸通常巨大，几个船舶分段的组装需要起重机的协助。因此，为了提高制造效率，当这些子分段被组装成大分段时，必须将属于低BOM层级的分段分配给相邻的机器。这类工件间父子关系和组装的空间约束在HFSP领域的文献中很少被提及。如果能够从实际离散制造环境出发，解决工件间存在父子关系的多目标多层级混合流车间调度问题，将能够大幅提升船舶制造等离散制造场景企业的生产效率和竞争力。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种离散制造模式下的中间产品调度方法，能够从制造业各实际离散制造环境出发，建立了考虑到工件的父子关系和机器的位置的MOML
‑
HFSP混合整数线性规划，并结合遗传算法和禁忌搜索算法，以在合理的计算时间内获得良好的近似帕累托前沿解。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种离散制造模式下的中间产品调度方法，其创新点在于：所述调度方法被建模为多目标多层级且具有空间约束的混合流水车间调度问题，首先建立具有工件父子关系和机器位置约束的混合整数线性规划模型，算法采用相邻机器优先级启发式算法生成初始解并解码，通过带禁忌搜索的多目标遗传算法来获取优化调度方案，以在合理的计算时间内最小化机器的总处理时间以及工件实际完工
时间与预期完工时间之差。
[0007]具体的，所述混合整数线性规划模型的目标函数表示：
[0008][0009][0010]其中，(
·
)
+
表示max{
·
,0}。目标函数(1)表达了工件i的实际完成时间应该在一个区间内控制；目标函数(2)表示每台机器的最晚完成时间为在机器上完成一定数量的工件的最晚完成时间；
[0011]约束条件和描述如下：
[0012]约束(1)为工件i和机器j之间在s阶段的坐标关系：
[0013][0014][0015]约束(2)为来自同一父工件的兄弟工件在其组装阶段是相邻的：
[0016][0017]约束(3)为每个工件在每个阶段只能由一台机器处理：
[0018][0019]约束(4)为当分配给机器j时，每个工件只能占据机器的一个顺序位置：
[0020][0021]约束(5)为机器的任意顺序位置最多只能处理一个工件：
[0022][0023]约束(6)为每台机器的顺序位置是按升序分配的：
[0024][0025]约束(7)为在工件i的最后阶段(组装)，操作的结束时间是工件i的同级工件的开始时间和最大处理时间之和；在工件i的加工阶段，每个工件只能在完成最后阶段后开始这个阶段(处理)：
[0026][0027]约束(8)为每台机器的任何顺序位置的完成时间是开始时间和处理时间的总和：
[0028][0029]约束(9)为的开始时间等于操作O
i,s
的开始时间：
[0030][0031][0032]约束(10)为一个工件的开始时间不早于其前一个工件的完成时间，除了e
i,1
＝0，其中i∈Ω
s
：
[0033][0034]约束(11)为每台机器一次最多可以处理一个工件：
[0035][0036]约束(12)为一台机器的最迟完成时间是由在这台机器上处理的工件的最迟完成时间决定的：
[0037][0038]约束(13)为变量的取值范围总结如下：
[0039][0040]其中，模型参数描述如下：
[0041]i表示工件的索引，其中，I是工件的总数；
[0042]j表示机器的索引，其中，J是机器的总数；
[0043]l表示BOM层的索引，其中，L是BOM层数的总数；
[0044]p表示机器顺序位置的索引，其中，
[0045]s表示阶段的索引，其中S是阶段的总数；
[0046]Ψ
l
表示BOM层l的工件集合，其中，
[0047]Φ
i
表示父工件i的子工件集合，其中，i∈Ψ
l
，l∈{2,3,
…
,L}，且
[0048]Ω
s
表示在阶段s中要加工的工件集合；
[0049]表示阶段s中的并行机器集合；
[0050]Q
s
表示阶段s中的并行机器总数，其中Q
s
≥1；
[0051]S
i
表示工件i的最后阶段，在此阶段之后，工件i将组装到其父工件中；
[0052]D
i
表示工件i的计划完成日期，其中i∈Ψ
L
；
[0053]表示机器j的X轴坐标；
[0054]Y
jM
表示机器j的Y轴坐标；
[0055]T
i,j
表示工件i在机器j上的加工时间；
[0056]表示工件i在机器j上的加工操作；
[0057]O
i,s
表示工件i的第s个阶段操作，其中i∈Ω
s
；
[0058]表示完成日期的可接受延迟时间偏差参数；
[0059]B表示完成日期的可接受提前时间偏差参数；
[0060]表示一个极大的正数；
[0061]其中，变量参数描述如下：
[0062]χ
i,j
表示如果工件i在机器j上加工，则为1，否则为0；
[0063]γ
i,j,p<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离散制造模式下的中间产品调度方法，其特征在于：所述调度方法被建模为多目标多层级且具有空间约束的混合流水车间调度问题，首先建立具有工件父子关系和机器位置约束的混合整数线性规划模型，算法采用相邻机器优先级启发式算法生成初始解并解码，通过带禁忌搜索的多目标遗传算法来获取优化调度方案，以在合理的计算时间内最小化机器的总处理时间以及工件实际完工时间与预期完工时间之差。2.根据权利要求1所述的离散制造模式下的中间产品调度方法，其特征在于：所述混合整数线性规划模型的目标函数表示：整数线性规划模型的目标函数表示：其中，(
·
)
+
表示max{
·
,0}。目标函数(1)表达了工件i的实际完成时间应该在一个区间内控制；目标函数(2)表示每台机器的最晚完成时间为在机器上完成一定数量的工件的最晚完成时间；约束条件和描述如下：约束(1)为工件i和机器j之间在s阶段的坐标关系：约束(1)为工件i和机器j之间在s阶段的坐标关系：约束(2)为来自同一父工件的兄弟工件在其组装阶段是相邻的：约束(3)为每个工件在每个阶段只能由一台机器处理：约束(4)为当分配给机器j时，每个工件只能占据机器的一个顺序位置：约束(5)为机器的任意顺序位置最多只能处理一个工件：
约束(6)为每台机器的顺序位置是按升序分配的：约束(7)为在工件i的最后阶段(组装)，操作的结束时间是工件i的同级工件的开始时间和最大处理时间之和；在工件i的加工阶段，每个工件只能在完成最后阶段后开始这个阶段(处理)：约束(8)为每台机器的任何顺序位置的完成时间是开始时间和处理时间的总和：约束(9)为的开始时间等于操作O
i,s
的开始时间：的开始时间：约束(10)为一个工件的开始时间不早于其前一个工件的完成时间，除了e
i,1
＝0，其中i∈Ω
s
：约束(11)为每台机器一次最多可以处理一个工件：约束(12)为一台机器的最迟完成时间是由在这台机器上处理的工件的最迟完成时间决定的：约束(13)为变量的取值范围总结如下：其中，模型参数描述如下：
i表示工件的索引，其中，I是工件的总数；j表示机器的索引，其中，J是机器的总数；l表示BOM层的索引，其中，L是BOM层数的总数；p表示机器顺序位置的索引，其中，s表示阶段的索引，其中S是阶段的总数；Ψ
l
表示BOM层l的工件集合，其中，Φ
i
表示父工件i的子工件集合，其中，i∈Ψ
l
，l∈{2,3,
…
,L}，且Ω
s
表示在阶段s中要加工的工件集合；表示阶段s中的并行机器集合；Q
s
表示阶段s中的并行机器总数，其中Q
s
≥1；S
i
表示工件i的最后阶段，在此阶段之后，工件i将组装到其父工件中；D
i
表示工件i的计划完成日期，其中i∈Ψ
L
；表示机器j的X轴坐标；表示机器j的Y轴坐标；T
i,j
表示工件i在机器j上的加工时间；表示工件i在机器j上的加工操作；O
i,s
表示工件i的第s个阶段操作，其中i∈Ω
s
；表示完成日期的可接受延迟时间偏差参数；B表示完成日期的可接受提前时间偏差参数；表示一个极大的正数；其中，变量参数描述如下：χ
i,j
表示如果工件i在机器j上加工，则为1，否则为0；γ
i,j,p
表示如果工件i占据机器j的第p个位置，则为1，否则为0；b
i,s
表示操作O
i,s
的开始时间；e
i,s
表示操作O
i,s
的结束时间；t
j,p
表示机器j的第p个顺序位置的开始时间；f
j,p
表示机器j的第p个顺序位置的结束时间；x
i,s
表示工件i在阶段s的X轴坐标；y
i,s
表示工件i在阶段s的Y轴坐标；C
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑俊丽，赵俊波，赵思翔，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：