[發(fā)明專利]一種基于仿真的多目標(biāo)設(shè)備布局和生產(chǎn)排程協(xié)同優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110069880B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周光輝;何君;田長樂;常豐田
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N3/12;G06Q10/06;G06Q50/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種基于仿真的多目標(biāo)設(shè)備布局和生產(chǎn)排程協(xié)同優(yōu)化方法，獲取廠房、設(shè)備、工件信息，對設(shè)備布局和生產(chǎn)排程進(jìn)行協(xié)同建模，構(gòu)建智能車間設(shè)備布局和生產(chǎn)排程協(xié)同優(yōu)化仿真模型；運(yùn)行智能車間設(shè)備布局和生產(chǎn)排程協(xié)同仿真模型并計算相應(yīng)目標(biāo)參數(shù)值；構(gòu)建基于設(shè)備位置序列和基于總共序列的雙層遺傳算法對智能車間設(shè)備布局和生產(chǎn)排程協(xié)同優(yōu)化的仿真模型進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)優(yōu)化算法為遺傳算法時，根據(jù)當(dāng)前目標(biāo)參數(shù)的性能值，不斷迭代尋找滿足目標(biāo)參數(shù)的最佳設(shè)備布局和排程方案。本發(fā)明利用仿真技術(shù)實現(xiàn)了動態(tài)的仿真每個工件在生產(chǎn)線中的加工過程和相關(guān)數(shù)據(jù)實時計算，能夠為企業(yè)在建廠時提供生產(chǎn)線的設(shè)備布局和生產(chǎn)排程方案，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生產(chǎn)車間設(shè)備布局和生產(chǎn)排程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種將仿真技術(shù)和雙層遺傳算法結(jié)合來實現(xiàn)設(shè)備布局和生產(chǎn)排程協(xié)同優(yōu)化的方法。

背景技術(shù)

設(shè)備布局和生產(chǎn)排程對于生產(chǎn)制造系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和企業(yè)整體效益都具有重要的影響，有20％～50％的運(yùn)營成本可以歸因于布局形式及生產(chǎn)排程方案。隨著加工中心、機(jī)器人、AGV等新的生產(chǎn)或者生產(chǎn)輔助工具引入到生產(chǎn)線中，傳統(tǒng)的布局方法主要以物流量為優(yōu)化目標(biāo)、以簡化的數(shù)學(xué)模型來實現(xiàn)設(shè)備位置的確定，已經(jīng)無法適應(yīng)于現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)，具體如下：

1.過度簡化的數(shù)學(xué)模型和實際工廠中的環(huán)境有很大的差別，在布局方案確定之后很少能夠通過仿真的方法來驗證布局方案的合理性、穩(wěn)定性；傳統(tǒng)的設(shè)備布局中各工件工序假設(shè)在哪個設(shè)備上加工是確定的，但在實際的生產(chǎn)系統(tǒng)中存在并行機(jī)的分配問題，即某些工件工序可以在多個并行設(shè)備上完成加工，存在機(jī)器的柔性。傳統(tǒng)的車間布局優(yōu)化模型在計算物流量時忽略了機(jī)器的柔性導(dǎo)致其實用性降低。

2.傳統(tǒng)的設(shè)備布局和生產(chǎn)排程技術(shù)無法進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，主要通過串行的方式即先優(yōu)化布局再進(jìn)行生產(chǎn)排程，忽略了布局形式和生產(chǎn)排程之間的關(guān)聯(lián)因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于仿真的多目標(biāo)設(shè)備布局和生產(chǎn)排程協(xié)同優(yōu)化方法，通過雙層遺傳算法分別對設(shè)備位置序列和工件總共序序列進(jìn)行編碼，通過考慮設(shè)備布局和生產(chǎn)排程之間的關(guān)聯(lián)因素來提升布局方案和排程方案的實用性和可靠性。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于仿真的多目標(biāo)設(shè)備布局和生產(chǎn)排程協(xié)同優(yōu)化方法，獲取廠房、設(shè)備、工件信息，對設(shè)備布局和生產(chǎn)排程進(jìn)行協(xié)同建模，構(gòu)建基于完工時間、AGV搬運(yùn)時間、AGV空回行程時間最小為目標(biāo)的智能車間設(shè)備布局和生產(chǎn)排程協(xié)同優(yōu)化仿真模型；運(yùn)行智能車間設(shè)備布局和生產(chǎn)排程協(xié)同仿真模型并計算相應(yīng)目標(biāo)參數(shù)值；構(gòu)建基于設(shè)備位置序列和基于總共序序列的雙層遺傳算法對智能車間設(shè)備布局和生產(chǎn)排程協(xié)同優(yōu)化的仿真模型進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)優(yōu)化算法為遺傳算法時，根據(jù)當(dāng)前目標(biāo)參數(shù)的性能值，不斷迭代尋找滿足目標(biāo)參數(shù)的最佳設(shè)備布局和排程方案。

具體的，基于設(shè)備位置編號生成設(shè)備布局方案，設(shè)備布局方案生成步驟如下：

S1011、獲取智能車間廠房及設(shè)備的面積并將相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行編號，抽象為矩陣形式表示：

X＝[X₁,X₂,X₃,…X_n]

其中，X為1×n矩陣，X_i表示矩陣第i個位置的設(shè)備編號；S為2×(n+1)矩陣，(S_xi,S_yi)分別表示設(shè)備M_i作業(yè)區(qū)域的長和寬，(S_x(n+1),S_y(n+1))表示生產(chǎn)車間中給出的可用于產(chǎn)線布局區(qū)域的總長度和總寬度；