[發(fā)明專利]基于多階段智能優(yōu)化算法的動(dòng)態(tài)柔性作業(yè)車間調(diào)度控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510015487.5
• 申請日: 2015-01-13
• 公開（公告）號(hào): CN104504540B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張國輝;宋曉輝;張理濤;張凌杰;陳洪根;王永成;毛學(xué)港;王佳佳
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院;河南省科學(xué)院應(yīng)用物理研究所有限公司
• 主分類號(hào): G06F17/00
• 分類號(hào): G06F17/00
• 代理公司: 鄭州博派知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)41137
• 代理人: 伍俊慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車間生產(chǎn)調(diào)度控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于柔性車間生產(chǎn)過程的調(diào)度管理與優(yōu)化的基于多階段智能優(yōu)化算法的動(dòng)態(tài)柔性作業(yè)車間調(diào)度控制方法。

背景技術(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著全球市場競爭的加劇、客戶需求越來越多樣化和個(gè)性化，企業(yè)生產(chǎn)正朝著“品種多樣、批量變小、注重交貨期、減少庫存”的方向發(fā)展，現(xiàn)代企業(yè)要想在激烈的競爭中立于不敗之地，必須以最低的成本、最好的質(zhì)量、最快的速度和最優(yōu)的服務(wù)來快速響應(yīng)市場，其中，車間生產(chǎn)調(diào)度是實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)高效率、高柔性和高可靠性的關(guān)鍵因素之一，是企業(yè)制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)，生產(chǎn)調(diào)度與控制的優(yōu)化技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的核心，科學(xué)地制定生產(chǎn)調(diào)度方案，對于縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，控制車間的在制品庫存，提高產(chǎn)品交貨期滿足率和提高企業(yè)生產(chǎn)率起著至關(guān)重要的作用。

在傳統(tǒng)車間調(diào)度模型中，一般簡化為若干調(diào)度模型，其中作業(yè)車間調(diào)度問題(Job shop scheduling problem，JSP)是一種十分典型的模型，它的特點(diǎn)是每個(gè)工序使用的機(jī)床被事先確定，并且是唯一的，但是，這并不符合實(shí)際加工情況，容易導(dǎo)致加工計(jì)劃與實(shí)際生產(chǎn)調(diào)度相脫節(jié)。在現(xiàn)代企業(yè)的實(shí)際加工過程中，柔性制造系統(tǒng)和數(shù)控加工中心等一些柔性生產(chǎn)系統(tǒng)的出現(xiàn)使得一道工序可以在多臺(tái)機(jī)床上被加工，也就產(chǎn)生了柔性作業(yè)車間調(diào)度問題(Flexible job shop scheduling problem，F(xiàn)JSP)，它的核心是工件的每道工序可以在一個(gè)機(jī)床集合(由加工能力相同的多臺(tái)機(jī)床組成的集合)中任意一臺(tái)機(jī)床上加工。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，當(dāng)每道工序可以在多臺(tái)機(jī)器上加工時(shí)可以有效的提高設(shè)備的利用率，而且還可以有效的維持生產(chǎn)的穩(wěn)定性，一方面，柔性作業(yè)車間調(diào)度問題包含兩個(gè)子問題：確定各工件的加工機(jī)器(機(jī)器選擇子問題)和確定各個(gè)機(jī)器上的加工先后順序(工序排序子問題)；另一方面，柔性作業(yè)車間調(diào)度問題是典型的NP-hard問題，一直吸引著學(xué)者的廣泛關(guān)注，是制造系統(tǒng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

從1990年首次提出柔性作業(yè)車間調(diào)度問題至今，對柔性作業(yè)車間調(diào)度問題的研究主要集中在靜態(tài)、確定的假設(shè)條件下進(jìn)行的，造成理論成果與在實(shí)際中應(yīng)用程度還存在一定的距離，在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)事件，比如，原材料緊缺、緊急任務(wù)插入、新訂單到達(dá)、交貨期變更以及車間內(nèi)部人員曠休、機(jī)器故障、零件報(bào)廢或返工等，需要對動(dòng)態(tài)事件做出動(dòng)態(tài)調(diào)整，進(jìn)行重新調(diào)度，否則，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)無法順利進(jìn)行；另一方面，在求解動(dòng)態(tài)柔性作業(yè)車間調(diào)度問題是，精確的數(shù)學(xué)方法，例如：分支界定法、整數(shù)規(guī)劃、拉格朗日松弛法等，是過去經(jīng)常被使用，然而，精確數(shù)學(xué)方法只能求解小規(guī)模的柔性作業(yè)車間調(diào)度問題，與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)無法匹配，從而造成實(shí)際中無法使用。

基于多階段智能優(yōu)化算法的動(dòng)態(tài)不確定柔性作業(yè)車間調(diào)度方法是有效利用柔性作業(yè)車間具有加工機(jī)器可選性和工件工藝路線柔性化的特點(diǎn)，充分考慮在初始調(diào)度和重調(diào)度過程中調(diào)度人員具有豐富經(jīng)驗(yàn)的作用，在整個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)度與控制過程中建立多個(gè)階段，并且在每個(gè)階段借助于智能優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化求解，加速處理動(dòng)態(tài)事件的響應(yīng)時(shí)間，提高重調(diào)度方案的可行性和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的在于提供一種基于多階段智能優(yōu)化算法的動(dòng)態(tài)柔性作業(yè)車間調(diào)度控制方法，有效解決了動(dòng)態(tài)調(diào)度過程處理事件重調(diào)度時(shí)策略單一的問題。

其解決的技術(shù)方案是，本發(fā)明基于多階段智能優(yōu)化算法的動(dòng)態(tài)柔性作業(yè)車間調(diào)度控制方法，包括:

第一階段：初始調(diào)度方案的優(yōu)化與選擇，所述第一階段包括兩個(gè)步驟：

步驟一：根據(jù)車間生產(chǎn)任務(wù)、工件工藝信息和車間機(jī)床設(shè)備信息，通過自適應(yīng)遺傳算法產(chǎn)生具有目標(biāo)值相同的多個(gè)初始調(diào)度方案集；

步驟二：依據(jù)機(jī)床設(shè)備信息，調(diào)度人員根據(jù)車間生產(chǎn)任務(wù)、工件工藝信息和車間機(jī)床設(shè)備信息從步驟一由自適應(yīng)遺傳算法產(chǎn)生的具有目標(biāo)值相同的多個(gè)初始調(diào)度方案集中選擇一個(gè)調(diào)度方案作為初始調(diào)度方案，并執(zhí)行；

第二階段：判斷車間機(jī)床故障，并記錄車間機(jī)床故障信息，所述第二階段包括兩個(gè)步驟：

步驟三：判斷是否有車間機(jī)床故障事件的發(fā)生，如果沒有車間機(jī)床發(fā)生故障繼續(xù)執(zhí)行初始調(diào)度方案；否則，開始執(zhí)行步驟四；

步驟四：記錄車間機(jī)床故障事件發(fā)生時(shí)刻，各臺(tái)故障車間機(jī)床上正在加工以及后續(xù)未加工的工序信息，并獲取故障車間機(jī)床的相關(guān)信息，包括故障車間機(jī)床的維修時(shí)間信息；

第三階段：進(jìn)行重調(diào)度，確定重調(diào)度執(zhí)行方案，所述第三階段包括三個(gè)步驟：