【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及作业车间的生产调度，尤其涉及一种基于约束规划的作业车间生产调度方法。
技术介绍
1、当前，随着制造业面临的用户需求多样化，订单批量越来越小，交货期越来越短等问题不断凸显，作业车间的生产调度问题受到了越来越多的关注。好的生产调度方法不仅可以减少订单的加工时间，还可以节约企业的人力物力，提高生产效率。
2、现有技术的求解调度问题的方法及特点如下：
3、1、应用最广泛的是进化算法，如遗传算法，蚁群算法，帝国竞争算法等编程简单，实现较为容易；但交叉，变异等操作需要结合所设计的染色体结构，在问题较为复杂时容易导致突变操作产生的解为不可行解，浪费大量计算资源，增加了计算时间。算法的全局搜索和局部搜索之间很难达到平衡，如遗传算法全局搜索能力很强，但局部搜索能力相对较弱；蚁群算法局部搜索能力很强，但全局搜索能力较弱，导致经常陷入局部最优。综上所述，进化算法求解的质量往往难以保证。
4、2、优先级调度规则，如spt(下一道工序加工时间最短的工件优先加工)，srsr(剩余加工时间最短的工件优先加工)等原理简单，实现容易；但算法缺少迭代学习功能，容易造成机器利用率低，订单交付延期等问题，且调度规则很难适应调度目标的变化。以上特点导致了优先级调度规则僵硬死板，无法帮助企业降本增效。
5、3、混合整数规划模型，其特点在于相应的理论体系比较完善，有分支定界法，割平面法等一系列求解算法；但缺点是需要使用者具有一定的数学规划的基础，且求解时间一般都较长，一般多用于调度问题的理论研究。
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7、因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于约束规划的作业车间的生产调度方法。
技术实现思路
1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是现有技术调度问题求解方法中求解时间长，求解质量差，难以适应具体生产现场问题。
2、专利技术人对作业车间的调度过程进行了分析，多个工件在多台机器上处理，每个工件由一系列工序完成，这些工件必须按照给定的顺序执行，并且每个工件必须在特定的机器上处理。对作业车间的调度问题进行求解就是如何安排机器上的工序，以最小化调度的长度，即得到所有任务完成所需的最短时间。
3、作业车间的调度问题属于组合优化问题的一种，是一个经典的np-hard问题，除非证明p＝np，否则很难在多项式时间内求得问题的全局最优解。专利技术人经过研究，把上述的数学模型转换到约束规划算法，将回溯法与约束传播相结合进行求解。约束规划的基本思路是用回溯法遍历所有分支，同时在回溯的过程中使用约束传播来筛去不符合要求的分支，通过改进约束传播来提高约束规划的求解效率。
4、针对作业车间的调度问题，存在以下约束条件：
5、1、加工时间约束，每道工序加工的开始时间减去该工序加工的结束时间不小于该工序的加工时间，即满足以下条件：
6、
7、其中i，j分别代表工件编号和工序编号，j表示全部工件的集合，oi表示工件i的全部工序的集合，式中sij和cij分别为工序oij(oij表示工件i的第j个工序)加工的开始时间和加工的结束时间，tij为工序oij的加工时间；
8、2、工序时间约束，每道工序开始时间必须晚于上一道工序的结束时间：
9、
10、其中，oif(i)表示工件i的第一道工序；
11、3、机器只能同时加工一个工件：
12、
13、
14、其中yiji′j′k为0-1变量,工序oij先于工序oi′j′在机器k上加工则为1，否则为0，l大于所有工件的所有工序的加工时间之和的十万倍；
15、作业车间的调度问题的约束目标为最大完工时间最小化，即：
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17、专利技术人分析了传统的约束传播算法，传统的约束传播算法的关注对象是两个工件，并且不考虑其他工件对这两个工件加工顺序的影响，传统的约束传播算法的思想为对于两个单工序工件：工件1和工件2，分别表示为j1和j2，若j2的最早结束时间晚于j1的最晚开始时间，则推断出j1先于j2加工，用公式表示如下：
18、
19、专利技术人提出改进的约束传播，与传统约束传播相比，关注的对象虽然为两个工件，但考虑了其他工件对这两个工件加工顺序的影响。
20、本专利技术的一个实施例中，提供了一种基于约束规划的作业车间的生产调度方法，包括：
21、s100、估计最优解目标值的范围，估计调度问题最优解目标值的上界和下界，分别用ub0和lb0表示，设定求解精度gap；
22、s200、区间初始化，令ub＝ub0，lb＝lb0，区间中点d＝(ub+lb)/2；
23、s300、更新区间，判断是否所有机器上所有工件都已加工完成，令最大完工时间介于lb与d之间，若完成则令ub＝d，否则令lb＝d；
24、s400、更新区间中点，令d＝(ub+lb)/2；
25、s500、输出解决方案，判断是否满足求解精度，即(ub-lb)/ub≤gap是否成立，如果成立，输出解决方案，否则返回s300，直到(ub-lb)/ub≤gap成立。
26、可选地，在上述实施例中的基于约束规划的作业车间的生产调度方法中，最优解目标值的上界为全部工序的加工时间，下界为0。
27、可选地，在上述任一实施例中的基于约束规划的作业车间的生产调度方法中，步骤s300包括：
28、s310、进行编号，将机器和工件分别进行编号，机器编号为1到m，工件编号为1到w，m和w为正整数，初始状态为所有机器上均没有安排工件进行加工，所有工件均未被选择；
29、s320、选择机器，选择编号最小且未安排满加工工件的机器，设需要在该机器上加工的工件数量为t；
30、s330、对k赋初值，k表示在该机器上所选择的下一个工件的加工顺序，令k＝1；
31、s340、选择工件，选择一个未被选择过且编号最小的工件在该机器上第k个进行加工；
32、s350、判断方案，利用改进的约束传播判断s340的最大完工时间是否介于s300的lb与d之间，若介于二者之间执行s360，否则执行s340；
33、s360、修改工件状态，令除前k个加工工件外的工件为未被选择的状态；
34、s370、k递增，令k＝k+1；
35、s380、判断该机器上是否所有工件都已加工完成，当k＝t+1时表示该机器上所有工件都加工完成，执行s本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于约束规划的作业车间的生产调度方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于约束规划的作业车间的生产调度方法，其特征在于，所述最优解目标值的上界为全部工序的加工时间，下界为0。
3.如权利要求1所述的基于约束规划的作业车间的生产调度方法，其特征在于，所述步骤S300包括：
4.如权利要求3所述的基于约束规划的作业车间的生产调度方法，其特征在于，所述步骤S350中的改进的约束传播包括：
5.如权利要求4所述的基于约束规划的作业车间的生产调度方法，其特征在于，所述步骤S350包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于约束规划的作业车间的生产调度方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于约束规划的作业车间的生产调度方法，其特征在于，所述最优解目标值的上界为全部工序的加工时间，下界为0。
3.如权利要求1所述的基于约束规划的作业车间的生产调度方...
【专利技术属性】
技术研发人员：时山泰，褚健，杨根科，
申请(专利权)人：上海交通大学宁波人工智能研究院，
类型：发明
国别省市：
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