[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于車間計劃投產(chǎn)的多保真仿真優(yōu)化方法及設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010245660.1
• 申請日: 2020-03-31
• 公開（公告）號: CN111445079B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 岳磊;管在林;張正敏;王創(chuàng)劍;周洋;田亞娟
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/04;G06N3/12
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 尚威;李智

本發(fā)明屬于生產(chǎn)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于車間計劃投產(chǎn)的多保真仿真優(yōu)化方法及設(shè)備。該方法通過使用兩個保真級別的仿真模型配合使用優(yōu)化車間計劃投產(chǎn)問題：首先根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)建立高保真與低保真仿真模型；然后使用低保真仿真模型，結(jié)合GA算法的尋優(yōu)迭代特性對投產(chǎn)計劃問題的解空間進(jìn)行搜索；根據(jù)低保真模型運(yùn)行得到的結(jié)果使用具有序數(shù)變換和最佳抽樣的抽樣方法進(jìn)行抽樣，得到最佳抽樣集；最后通過高保真仿真模型運(yùn)行最佳抽樣集，由于高保真模型與車間實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)相似度極高，使用高保真模型運(yùn)行最佳抽樣集中的投產(chǎn)方案可獲得相對精確的結(jié)果，故可此結(jié)果作為依據(jù)選擇最優(yōu)投產(chǎn)方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生產(chǎn)控制領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于車間計劃投產(chǎn)的多保真仿真優(yōu)化方法及設(shè)備，更具體地，涉及一種應(yīng)用于車間計劃投產(chǎn)的基于DBR理論的多保真仿真優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

制訂合理的生產(chǎn)計劃可以使車間加工更加順暢，使車間資源充分利用。以車間計劃投產(chǎn)問題為例，不恰當(dāng)?shù)墓ぜ懂a(chǎn)方案可能會導(dǎo)致車間加工堵塞或機(jī)臺大量空閑，因此，對車間投產(chǎn)計劃進(jìn)行優(yōu)化能夠提高加工效率。由于生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)過程具備不可逆性，車間管理人員在執(zhí)行生產(chǎn)決策之前經(jīng)常使用仿真模擬的方法判斷方案的可行性，甚至通過仿真運(yùn)行的方法尋找問題的較優(yōu)解。傳統(tǒng)仿真技術(shù)通常采用單一的仿真模型模擬物理空間，在面對大規(guī)模問題時，仿真速度慢，難以應(yīng)用于現(xiàn)今越來越復(fù)雜的加工場景中。而簡化的仿真模型運(yùn)行得到的結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)可能大相徑庭，不具備參考意義。

然而，對于所研究系統(tǒng)，通常可構(gòu)建不同保真度級別的多個仿真模型。其中，對系統(tǒng)還原度高的高保真仿真模型可以準(zhǔn)確預(yù)測解決方案的效果，但復(fù)雜系統(tǒng)的仿真模擬計算較高成本且可能非常耗時；低保真仿真模型求解速度較快，但仿真結(jié)果可靠性相對較低，且可能具有顯著偏差與隨機(jī)性，無法準(zhǔn)確評估候選解決方案的效果。

為盡可能保證模型精準(zhǔn)度與求解速度，可考慮提出通過不同保真度模型的配合使用來實(shí)現(xiàn)問題的快速求解，該方法被稱為多精度建模或多保真建模，即在合理抽象和簡化的基礎(chǔ)上，建立易于計算的低保真模型對整個解空間進(jìn)行求解，對解進(jìn)行排序等一些操作后進(jìn)行抽樣，并將抽樣的結(jié)果作為高保真仿真模型的輸入進(jìn)行計算評估得到優(yōu)質(zhì)方案，此方法可能縮短使用高保真模型找到最優(yōu)解的時間。

目前對多保真仿真優(yōu)化方法的研究和應(yīng)用目前多集中于連續(xù)系統(tǒng)仿真中，對離散系統(tǒng)仿真中的相關(guān)應(yīng)用和研究極少。另一方面，對于復(fù)雜生產(chǎn)計劃問題，即使使用低保真仿真模型運(yùn)行，其整個解空間的運(yùn)行時間也是難以忽略的，這就導(dǎo)致解空間的搜索時間較長，影響決策效率。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于車間計劃投產(chǎn)的多保真仿真優(yōu)化方法，其目的在于使用基于多保真度仿真模型的仿真優(yōu)化方法優(yōu)化車間產(chǎn)品投產(chǎn)計劃，由此解決實(shí)際生產(chǎn)車間產(chǎn)品投放計劃僅依據(jù)管理人員的經(jīng)驗(yàn)制訂的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種應(yīng)用于車間計劃投產(chǎn)的多保真仿真優(yōu)化方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟1、建立實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)投產(chǎn)問題的高保真仿真模型與低保真仿真模型，高保真仿真模型運(yùn)行方案X獲得的運(yùn)行結(jié)果記為h(X)，低保真仿真模型運(yùn)行方案x獲得的運(yùn)行結(jié)果記為l(x)；

步驟2、使用低保真仿真模型進(jìn)行GA搜索，從而對具體投產(chǎn)問題進(jìn)行低保真大致解空間搜索，獲得低保真搜索解空間集；

步驟3、將步驟2的低保真搜索解空間集按照解的優(yōu)劣進(jìn)行重排序；

步驟4、從重排序后的解空間集中抽樣形成最佳抽樣子集；

步驟5、使用高保真模型運(yùn)行最佳抽樣子集N_j并選出最佳方案，獲得最佳投產(chǎn)計劃。

進(jìn)一步地，所述步驟1包括如下子步驟：