一种柔性制造系统中多天车协同调度方法技术方案

本发明专利技术涉及一种柔性制造系统中多天车协同调度方法，包括：获取柔性制造系统中加工机器信息；获取用于物料搬运的天车数量和搬运效率信息；获取物料需求和状态信息；构建柔性制造系统与物料搬运系统联合调度模型，该模型的目标函数包括总完工时间和系统总能耗，并确定调度过程的约束条件；对个体解表示的调度方案进行编码与解码；采用基于拉普拉斯更新的改进多目标哈里斯鹰优化算法，对联合调度模型进行求解，输出得到柔性制造系统多天车协同调度方案；根据多天车协同调度方案，相应控制各天车的工作状态，完成物料搬运任务。与现有技术相比，本发明专利技术能够有效减少天车之间可能存在的路径冲突，能够在最小化生产总时长的同时有效降低车间能耗。低车间能耗。低车间能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性制造系统中多天车协同调度方法


[0001]本专利技术涉及柔性制造系统调度
，尤其是涉及一种柔性制造系统中多天车协同调度方法。

技术介绍

[0002]柔性制造是一种可以迅速适应市场需求变化的制造模式，它采用灵活的生产系统，能够快速生产多种不同规格和品种的产品，并在生产过程中对生产参数进行实时调整，以适应市场变化和客户需求。柔性制造系统，则是指由一个传输系统联系起来的一些设备，传输装置把工件放在其他连接装置上送到各加工设备，使工件加工准确、迅速和自动化。
[0003]柔性制造系统的调度问题对于制造企业的生产运营和需求交付起到重要作用，尽管目前国内外关于生产调度的学术研究和实际应用已经取得了非常大的进展，但大多数只关注工件在不同制造环境的调度问题，简化甚至忽略了工序间的移动和搬运操作。然而，实际生产环境是复杂多变的，不同工序间的移动对于加工工序的衔接作用非常重要。因此，为了改善搬运资源匹配不合理和加工工序搬运环节衔接等问题，有必要在不同加工环境进行生产调度的同时，对物料搬运设备进行调度研究，进一步提高生产效率。
[0004]作为车间的物资调度中心，天车调度直接影响生产的连续性和生产效率，传统的天车调度主要依靠操作人员经验，而无法有效应用生产数据和信息，难以提前预防调度冲突和响应优先问题，此外，也没有考虑到系统能耗问题，导致调度过程能耗较高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种柔性制造系统中多天车协同调度方法，能够有效减少天车之间可能存在的路径冲突，能够在最小化生产总时长的同时有效降低车间能耗。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种柔性制造系统中多天车协同调度方法，包括以下步骤：
[0007]S1、获取柔性制造系统中加工机器信息；
[0008]获取用于物料搬运的天车数量和搬运效率信息；
[0009]获取物料需求和状态信息；
[0010]S2、构建柔性制造系统与物料搬运系统联合调度模型，该模型的目标函数包括总完工时间和系统总能耗，并确定调度过程的约束条件；
[0011]S3、对个体解表示的调度方案进行编码与解码；
[0012]S4、采用基于拉普拉斯更新的改进多目标哈里斯鹰优化算法，对联合调度模型进行求解，输出得到柔性制造系统多天车协同调度方案；
[0013]S5、根据多天车协同调度方案，相应控制各天车的工作状态，完成物料搬运任务。
[0014]进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0015]S21、建立柔性制造系统天车和加工机器的能耗模型，包括：天车空负载状态与能
耗的关系、天车运行时间与能耗的关系，机器的加工时间、速度与能耗的关系；
[0016]S22、基于柔性制造系统天车和加工机器的能耗模型，进一步建立考虑带天车的物料搬运的多目标制造系统生产调度问题的目标函数；
[0017]S23、确定调度过程的约束条件，包括柔性制造环境中的工艺约束、物料搬运约束、天车路径约束。
[0018]进一步地，所述步骤S22中目标函数是以最小化制造系统的总能耗和最小化加工制造过程的总完成时间作为目标，具体为：
[0019]Minf1＝C
max
[0020][0021]其中，f1表示最小化最大完成时间，f2表示最小化天车和加工机器消耗的总能源，包括天车空载状态、天车负载状态消耗的能量、以及加工机器消耗的能量三个部分；C
max
为所有工序加工完成的最大完成时间；i为加工任务索引，i∈{1,
…
,I}；j为加工阶段索引，j∈{1,
…
,J}；m为机器索引，m∈{1,
…
,M
j
}；c为天车索引，c∈{1,
…
,C}；为加工任务i在阶段j的加工时间；s
m
为机器m的加工速度；Tr
ii
′
jj
′
为天车从工件i在阶段j所在机器到工件i
′
在阶段j
′
所在机器的移动时间；为工件i在阶段j开始加工的时间；为工件i在阶段j加工完成的时间；为天车起吊和卸载动作花费的时间；E
m
为机器的单位能耗；为天车负载运行的单位能耗；为天车空载运行的单位能耗；x
ijm
为第一决策变量，当工件i工序j由机器m加工时取1，否则为0。
[0022]进一步地，所述柔性制造环境中的工艺约束具体为：
[0023]1、限制任务的最大完成时间至少大于等于所有任务的加工完成时间：
[0024][0025]2、任务在每个阶段只能被分配给一台加工机器：
[0026][0027]3、工件i在阶段j完成加工的时间由开始加工时间和加工时间之和确定：
[0028][0029]4、确保在同一个加工机器上连续加工的两道工序加工完成时间满足的加工先后顺序：
[0030][0031][0032]5、限制当加工任务i和i
′
被分配到同一个机器m时，加工先后顺序只存在一种：
[0033][0034][0035]其中，BM为一个非常大的数，M
j
为阶段j的加工机器集，J
i
为加工任务i的加工阶段集合，J
m
为机器m所属阶段，z
ii
′
m
为第二决策变量，当工件i早于i
′
在机器m上加工时取1，否则为0。
[0036]进一步地，所述物料搬运约束具体为：
[0037]1、任务在每个阶段的搬运工序只能由一台天车完成：
[0038][0039]2、约束了位于不同机器上两道工序之间的移动时间必须满足的时间关系：
[0040][0041]3、工件当前工序的开始时间必须大于前一道工序的完成时间与移动过程消耗的时间之和：
[0042][0043]4、约束了天车c所分配的两个连续任务需要满足的时间关系：
[0044][0045][0046]其中，T
mm
′
为天车从机器m到m
′
的移动时间；y
ijc
为第三决策变量，当工件i由天车c搬运到阶段j的对应机器上时取1，否则为0；
ii
′
jj
′
为第四决策变量，若处于阶段j的工件i比处于阶段j
′
的工件i
′
搬运的早时为1，否则取0。
[0047]进一步地，所述天车路径约束具体为：
[0048]当工件i进入阶段j和工件i
′
进入阶段j
′
分别由天车c和c
′
搬运，且搬运动作同时发生时，为了天车不冲突，约束被分配的天车编号应该满足的关系：
[0049][0050]进一步地，所述步骤S3具体采用实数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性制造系统中多天车协同调度方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取柔性制造系统中加工机器信息；获取用于物料搬运的天车数量和搬运效率信息；获取物料需求和状态信息；S2、构建柔性制造系统与物料搬运系统联合调度模型，该模型的目标函数包括总完工时间和系统总能耗，并确定调度过程的约束条件；S3、对个体解表示的调度方案进行编码与解码；S4、采用基于拉普拉斯更新的改进多目标哈里斯鹰优化算法，对联合调度模型进行求解，输出得到柔性制造系统多天车协同调度方案；S5、根据多天车协同调度方案，相应控制各天车的工作状态，完成物料搬运任务。2.根据权利要求1所述的一种柔性制造系统中多天车协同调度方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：S21、建立柔性制造系统天车和加工机器的能耗模型，包括：天车空负载状态与能耗的关系、天车运行时间与能耗的关系，机器的加工时间、速度与能耗的关系；S22、基于柔性制造系统天车和加工机器的能耗模型，进一步建立考虑带天车的物料搬运的多目标制造系统生产调度问题的目标函数；S23、确定调度过程的约束条件，包括柔性制造环境中的工艺约束、物料搬运约束、天车路径约束。3.根据权利要求2所述的一种柔性制造系统中多天车协同调度方法，其特征在于，所述步骤S22中目标函数是以最小化制造系统的总能耗和最小化加工制造过程的总完成时间作为目标，具体为：Min f1＝C
max
其中，f1表示最小化最大完成时间，f2表示最小化天车和加工机器消耗的总能源，包括天车空载状态、天车负载状态消耗的能量、以及加工机器消耗的能量三个部分；C
max
为所有工序加工完成的最大完成时间；i为加工任务索引，i∈{1,
…
,I}；j为加工阶段索引，j∈{1,
…
,J}；m为机器索引，m∈{1,
…
,M
j
}；c为天车索引，c∈{1,
…
,C}；为加工任务i在阶段j的加工时间；s
m
为机器m的加工速度；Tr
ii
′
jj
′
为天车从工件i在阶段j所在机器到工件i
′
在阶段j
′
所在机器的移动时间；为工件i在阶段j开始加工的时间；为工件i在阶段j加工完成的时间；为天车起吊和卸载动作花费的时间；E
m
为机器的单位能耗；为天车负载运行的单位能耗；为天车空载运行的单位能耗；x
ijm
为第一决策变量，当工件i工序j由机器m加工时取1，否则为0。4.根据权利要求3所述的一种柔性制造系统中多天车协同调度方法，其特征在于，所述柔性制造环境中的工艺约束具体为：
a、限制任务的最大完成时间至少大于等于所有任务的加工完成时间：b、任务在每个阶段只能被分配给一台加工机器：c、工件i在阶段j完成加工的时间由开始加工时间和加工时间之和确定：d、确保在同一个加工机器上连续加工的两道工序加工完成时间满足的加工先后顺序：d、确保在同一个加工机器上连续加工的两道工序加工完成时间满足的加工先后顺序：d、确保在同一个加工机器上连续加工的两道工序加工完成时间满足的加工先后顺序：d、确保在同一个加工机器上连续加工的两道工序加工完成时间满足的加工先后顺序：e、限制当加工任务i和i
′
被分配到同一个机器m时，加工先后顺序只存在一种：被分配到同一个机器m时，加工先后顺序只存在一种：其中，BM为一个非常大的数，M
j
为阶段j的加工机器集，J
i
为加工任务i的加工阶段集合，J
m
为机器m所属阶段，z
ii
′
m
为第二决策变量，当工件i早于i
′
在机器m上加工时取1，否则为0。5.根据权利要求4所述的一种柔性制造系统中多天车协同调度方法，其特征在于，所述物料搬运约束具体为：f、任务在每个阶段的搬运工序只能由一台天车完成：g、约束了位于不同机器上两道工序之间的移动时间必须满足的时间关系：BM(2
‑
x
ijm
‑
x
i
′
j
′
m
′
)+Tr
ii
′
jj
′
≥T
mm
′
h、工件当前工序的开始时间必须大于前一道工序的完成时间与移动过程消耗的时间之和：i、约束了天车c所分配的两个连续任务需要满足的时间关系：
其中，T
mm
′
为天车从机器m到m
′
的移动时间；y
ijc
为第三决策变量，当工件i由天车c搬运到阶段j的对应机器上时取1，否则为0；u
ii
′
jj
′
为第四决策变量，若处于阶段j的工件i比处于阶段j
′
的工件i
′
搬运的早时为1，否则取0。6.根据权利要求5所述的一种柔性制造系统中多天车协同调度方法，其特征在于，所述天车路径约束具体为：当工件i进入阶段j和工件i
′
进入阶段j
′
分别由天车c和c
′
搬运，且搬运动作同时发生时，为了天车不冲突，约束被分配的天车编号应该满足的关系：时，为了天车不冲突，约束被分配的天车编号应该满足的关系：7.根据权利要求1所述的一种柔性制造系统中多天车协同调度方法，其特征在于，所述步骤S3具体采用实数编码的方式，用于将连续和离散空间的解进行映射，假设制造系统内有I个工件待加工，每个工件需要经过J道工序，每道工序存在M
j
台平行机，则步骤S3具体包括以下步骤：S31、编码：根据初始化策略，为每个个体生成3I*)维矩阵，矩阵中的每个元素都是[0,1]之间的随机数；S32、映射：将连续和离散空间的解进行映射，得到每个工件的各个工序分配的加工机器，每个加工机器上加工的工件顺序，以及每台天车需要搬运的工序；首行代表了工件各道工序的加工顺序，依次对应工件1,2,3,
…
,I，然后将随机数从小到大排序，得到对应位置的整数序列，从而决定各个工件的工序相应的加工顺序；第二行代表工件的每道工序在对应阶段选择的加工机器，将每个维度所在的第j道工序的[0,1]区间分为M
j
段，根据随机数落在的区间序号决定所选机器编号；第三行代表的天车分配结果，根据天车总数，将[0,1]区间划分区间段，根据随机数落在的区间序号确定天车编号；S33、修复：由于工件的工序之间存在前后顺序，因此对映射后加工顺序中违背工件加工工序优先关系的工件进行工序上的重新调...

【专利技术属性】
技术研发人员：王翥，胡鸿韬，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：