一种基于改进元胞机的多品种多工艺多单元制造调度方法，法包括以下步骤：1）建立车间调度系统的元胞自动机模型，（a）每个工件都是依照一定的工艺顺序进行加工的，只有前一道工艺加工完毕才能进入下一工位进行加工，（b）每台机器每个时间段只能同时加工一个工件，只有当一个工件结束加工后才能开始加工下一工件；（c）工件在机器上加工时不能被打断，直至该工序加工完毕；2）建立多目标函数，条件为：2.1）工件所有工序最大完成时间最短；2.2）工件的最大延迟最小；2.3）各工位设备平衡率高。通过权重法得到元胞自动机的每个离散单元在每个时步内的调度总目标函数。本发明专利技术实现动态监控、鲁棒性良好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多品种多工艺多单元制造系统，尤其是一种多品种多工艺多单元制造调度方法。
技术介绍
随着全球化市场竞争激烈，企业在生产过程中需要对市场进行快速响应，根据客户需求研发和制造个性化产品，因此多品种多工艺多单元制造模式逐渐成为中小企业的主要生产模式。此类生产模式产品为多品种、小批量，生产组织方式趋于单元化布局，是一种完全离散的复杂系统。通过Petri网和生产系统的映射关系，对制造系统建模，构造Petri网多目标优化算法，并结合遗传算法对经典作业车间调度的模块，以eM-Plant进行建模仿真，求解出规模较小的作业单元的调度方案，但对于复杂的作业车间则未能验证模型的鲁棒性。·也有人研究了小批量、多品种、订单式生产系统的生产调度问题，也采用Petri-Net建立一般调度模型，运用最短优先处理规则和深度优先规则来搜索局部最优解。不足之处在于没有对运行过程进行实时仿真，因而无法进行动态监控，调度方案也存在鲁棒性不强的问题。在传统的作业车间调度基础上，放宽了资源约束的条件，采用工件在设备上的等待时间最短和其相对剩余加工时间最大这两条优先规则，解决了一机多件的工件排序问题和一件多机的设备选择问题，提出了利用ID3决策树方法提取组合规则的运算思想，解决了多品种多工艺多单元生产中经常碰到的实际问题。但设备并非唯一的约束，不确定因素考虑的方面有局限性。
技术实现思路
为了克服已有多品种多工艺多单元制造系统调度方案的无法进行动态监控、鲁棒性不强的不足，本专利技术提供一种实现动态监控、鲁棒性良好的。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种，所述调度方法包括以下步骤I)建立车间调度系统的元胞自动机模型，模型表达式如下As= {L2, S, N, R, FJ (4)式⑷中:As—多品种多工艺多单元制造企业生产车间调度系统元胞自动机模型；L2 — d=2，二维网格机构；S—工位兀胞的状态；N—领域兀胞状态；R—约束条件；FS—调度规则；车间调度系统约束条件如下(a)每个工件都是依照一定的工艺顺序进行加工的，只有前一道工艺加工完毕才能进入下一工位进行加工，这是工艺约束条件，用数学公式描述如下=Stu彡eti(H)其中，i=I, 2,... ,n ； j=l, 2,. . . , m (5)式(5)中Stij-Starting Time,表示第i个工件的第j道工序的加工开始时间Wtij-EndingTime，表示第i个工件的第j道工序的加工结束时间；因此，第i个工件的第j道工序的加工开始时间必然在第j_l道工序结束之后；(b)每台机器每个时间段只能同时加工一个工件，只有当一个工件结束加工后才能开始加工下一工件，这是机器的能力约束条件，用数学公式描述如下Stij 彡 et&Dj 其中，i = 1，2, ，n ; j=l, 2， ，m (6)式(6)中只有当第i_l个工件的第j道工序加工结束，第i个工件的第j道工序才能在同一台设备上进行加工；(C)工件在机器上加工时不能被打断，直至该工序加工完毕；2)建立多目标函数，所述多目标函数的条件为2. I)工件所有工序最大完成时间最短工件i在机器j上的加工时间记作Tij，工权利要求1.一种，其特征在于所述调度方法包括以下步骤 1)建立车间调度系统的元胞自动机模型，模型表达式如下 As= {L2, S, N, R, FJ (4) 式(4)中 As—多品种多工艺多单元制造企业生产车间调度系统元胞自动机模型；L2 — d=2，二维网格机构；S—工位兀胞的状态；N—领域兀胞状态；R—约束条件；FS—调度规则； 车间调度系统约束条件如下 (a)每个工件都是依照一定的工艺顺序进行加工的，只有前一道工艺加工完毕才能进入下一工位进行加工，这是工艺约束条件，用数学公式描述如下Stij ≥ et^j—D 其中，i = I, 2,. . , n ； j=l, 2， . ，m (5) 式(5)中 Stij一Starting Time,表示第i个工件的第j道工序的加工开始时间Wtij—EndingTime，表示第i个工件的第j道工序的加工结束时间； 因此，第i个工件的第j道工序的加工开始时间必然在第j_l道工序结束之后； (b)每台机器每个时间段只能同时加工一个工件，只有当一个工件结束加工后才能开始加工下一工件，这是机器的能力约束条件，用数学公式描述如下Stij ≥ Ct(^1)j 其中，i = 1，2, ，n ; j=l, 2， ，m (6) 式(6)中 只有当第i_l个工件的第j道工序加工结束，第i个工件的第j道工序才能在同一台设备上进行加工； (C)工件在机器上加工时不能被打断，直至该工序加工完毕； 2)建立多目标函数，所述多目标函数的条件为.2.I)工件所有工序最大完成时间最短工件i在机器j上的加工时间记作Tij,工件离开整个加工系统的时间为全文摘要一种，法包括以下步骤1)建立车间调度系统的元胞自动机模型，(a)每个工件都是依照一定的工艺顺序进行加工的，只有前一道工艺加工完毕才能进入下一工位进行加工，(b)每台机器每个时间段只能同时加工一个工件，只有当一个工件结束加工后才能开始加工下一工件；(c)工件在机器上加工时不能被打断，直至该工序加工完毕；2)建立多目标函数，条件为2.1)工件所有工序最大完成时间最短；2.2)工件的最大延迟最小；2.3)各工位设备平衡率高。通过权重法得到元胞自动机的每个离散单元在每个时步内的调度总目标函数。本专利技术实现动态监控、鲁棒性良好。文档编号G05B13/04GK102968057SQ20121033656公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月12日 优先权日2012年9月12日专利技术者陈勇, 陶维栋, 邱晓杰, 陈亮, 郑鑫帆 申请人:浙江工业大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于改进元胞机的多品种多工艺多单元制造调度方法，其特征在于：所述调度方法包括以下步骤：1）建立车间调度系统的元胞自动机模型，模型表达式如下：As={L2,S,N,R,Fs}（4）式（4）中：As—多品种多工艺多单元制造企业生产车间调度系统元胞自动机模型；L2—d=2，二维网格机构；S—工位元胞的状态；N—领域元胞状态；R—约束条件；Fs—调度规则；车间调度系统约束条件如下：（a）每个工件都是依照一定的工艺顺序进行加工的，只有前一道工艺加工完毕才能进入下一工位进行加工，这是工艺约束条件，用数学公式描述如下：stij≥eti(j？1)其中，i＝1,2,..,n；j=1,2,...,m？？？？（5）式（5）中：stij—Starting？Time，表示第i个工件的第j道工序的加工开始时间；etij—Ending？Time，表示第i个工件的第j道工序的加工结束时间；因此，第i个工件的第j道工序的加工开始时间必然在第j？1道工序结束之后；（b）每台机器每个时间段只能同时加工一个工件，只有当一个工件结束加工后才能开始加工下一工件，这是机器的能力约束条件，用数学公式描述如下：stij≥et(i？1)j？？其中，i＝1,2，...,n；j=1,2,...,m？？？？（6）式（6）中：只有当第i？1个工件的第j道工序加工结束，第i个工件的第j道工序才能在同一台设备上进行加工；（c）工件在机器上加工时不能被打断，直至该工序加工完毕；2）建立多目标函数，所述多目标函数的条件为：2.1）工件所有工序最大完成时间最短：工件i在机器j上的加工时间记作Tij，工件离开整个加工系统的时间为将各个子目标函数进行统一，因此第一个子目标函数为F1=ΣminTiΣTi,(i=1,2,...,n)---(7)式中，分子表示的是工件i选择加工时间最短的工位进行加工时总的加工时间，这是理想情况下的最小值，因此00时为延期交货，Ti？di=0时为准时交货，Ti？diF2=1maxLi+1=1max(Ti-di)+1---(9)2.3）各工位设备平衡率高：根据则有：Rlb=ΣTiCmax×m---(10)式中，Cmax表示负荷最大的工位所消耗的加工时间，m为此工位组的工位总数，因此第三个子目标函数为F3=Rlb=ΣTiCmax×m---(11)通过权重法得到元胞自动机的每个离散单元在每个时步内的调度总目标函数：F=max(w1F1+w2F2+w3F3)（12）3）依照上述总目标函数，实现调度步骤为：3.1)遗传算法优化元胞自动机模型：设某生产车间由n个单元组构成，将元胞机各调度每个时步内的模型描述为：n个工件粒子在包含m个同类工位的单元组中进行加工，各工位加工效率不同，每个工件在此单元组中只需完成一道工序，每道工序根据实际要求可供选择的工位是单元组中的某几个或全部，每道工序在不同工位上加工所需的时间不一；设：（1）工件粒子集P={p1,p2，…,pn}；（2）一个单元组内的工位集s={s1,s2，…,sm}；（3）工序Oij表示第i个工件的第j道工序，由于研究范围内每个工件只有唯一一道工序，因此每个工件对应的只有一个j；3.2)染色体编码与解码（1）工位染色体：静态调度单元中，每个工件包含一道工序，工件数等于本单元组调度中的工序数n，这n道工序的编号和工件编号一致，根据时间表依次往下排，各工序可选择的工位的子集分别为{S1,S2，…,Sm}；（2）工序染色体:研究部分每个工序包含一道工序，所以工序染色体中基因数等于单元中总工件数，这部分染色体表示为g′1,g′2,g′3,…g′i，…g′n，融合两种编码，形成一条染色体，对应时间、空间离散的单元调度的一个可行解；解码，先根据工位染色体部分确定每道工序的加工工位，再根据工序染色体部分确定分配到每个工位的工序的加工顺序，结合所有静态调度单元的调度方案，获得元胞机模拟的整个车间的调度方案；3.3)初始种群生成及适应度函数直接以min(wl÷pe)为工位选择标准获得工位选择方案，及根据FCFS规则结合工件加工优先级获得的工件排序方案，分别对应编码中的工位选择染色体和工序排序染色体，获得遗传算法初始解；在获得初始解过程中，设置一个工位时间 数组，用于记录每个工位的累计加工时间，工序染色体的初始解根据设备时间组中的时间变化点确定，遇到两个工件加工开始时间相同时，任取一个放在前面；采用优先权值设定法，设置各子目标的优先权值，将全体目标按照权值合成一个标量效用函数，...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇，陶维栋，邱晓杰，陈亮，郑鑫帆，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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