[發明專利]一種基于聯合優化模型的生產調度和機器維護優化方法

在審

• 申請號: 202210051437.2
• 申請日: 2022-01-13
• 公開（公告）號: CN114510874A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 沈一嵐;張璽
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06Q10/00;G06Q10/06;G06Q50/04;G06F111/04
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 黃鳳茹

1.一種基于生產與維護聯合優化模型的生產調度和機器維護方法，考慮生產調度和機器維護之間的相互關系以及機器隨機退化性，建立基于生產與維護的聯合優化模型，進行生產工程調度和生成機器維護優化；包括：構建生產機器的退化模型；對生產過程建立考慮生產和維護之間相關關系的生產與維護聯合優化模型；設計適應性機器維護策略AJMW，在此基礎上設計基于元啟發式算法和自適應維修策略AJMW的聯合優化方法，用于對生產與維護聯合優化模型的求解；包括如下步驟：

1)構建生產機器的退化模型，表示為：

Z_k,s,j+1-Z_k,s,j＝λ(X_k,s,j+1-X_k,s,j)+ψ(Y_k,s,j+1-Y_k,s,j) (式1)

其中，Z_k,s,j為工程的第s階段中第k個機器加工完第j個工序后的狀態；λ,ψ分別是連續壓力和離散效應的對機器退化的影響系數；Y_k,s,j+1-Y_k,s,j表示加工第j個工序對第s階段中第k個機器退化狀態的影響；X_k,s,j+1-X_k,s,j表示在加工j工序期間外部環境對機器退化的影響；

2)基于步驟1)構建的生產機器退化模型，構建生產與維護聯合優化模型；

建立生產與維護聯合優化模型表示為式3～式14：

S_i,2-S_i,1≥Pa_i,1,i∈N_s, (式8)

其中，xp_k,s,j,xc_k,s,j分別是執行機器維護預防性維護PM和糾正性維護CM的決策變量；H是一個固定數值；pa_i,s是第s階段工序i實際加工時間；S_i,s第s階段工序i開始加工時間；C_i,s,分別代表第s階段工序i加工結束時間，階段s機器k的PM時間、PM準備時間和CM時間；n,p^sys分別代表加工工單總數量以及加工單位工單時間效率；上述聯合優化模型的目標函數是在三個部分的約束下最大限度地提高系統的生產效率；式4表示工序只被一個機器在一個位置上被加工，當階段s的工序i被分配到機器k的第j個位置時，x_i,k,s,j＝1，否則為0；該模型表示兩階段混合流水車間調度問題的基本假設和工序的前后序約束順序、實際處理時間和機器退化的關聯，并給出決策變量的取值范圍；

考慮維修策略的機器退化公式表示為式15：

3)設計基于元啟發式算法和自適應維修策略AJMW的聯合優化方法；

基于步驟2)構建的模型，確定變量包括調度和維修兩類；首先建立適應性維修機器策略AJMW，然后設計基于AJMW的元啟發式算法，得到基于元啟發式算法和自適應維修策略AJMW的聯合優化方法；包括：

a)建立適應性機器維護策略AJMW；

根據機器的實時狀態對機器進行選擇性維修，包括：機器維護預防性維護PM和糾正性維護CM；并采用了不完美的PM策略，維護之后的機器可恢復到式16所表示的狀態，即進行PM后，機器k在s階段的狀態可表示為式16:

其中，為階段s的機器k處理工序的平均時間，n′_k,s分別是階段s的機器k距離上次CM后已經進行PM的次數和距離上次PM后加工工序的數量；

具體采用預防性維護中的機會維護策略OM作為進行機器維護的方式，以減少準備時間和準備費用；

b)設計基于自適應維修策略AJMW的元啟發式算法；

在自適應維修策略AJMW基礎上設計一種基于元啟發式算法和自適應維修策略的聯合優化方法；其中元啟發算法采用的是改進的隨機密鑰遺傳算法，對生產調度順序及工單安排和機器維護的相關參數進行編碼和解碼；包括：

隨機密鑰遺傳算法的編碼部分，其中的染色體由三部分組成：第一部分是將加工工序分配給機器，包括加工工序順序；第二部分是PM中機器維修范圍系數的取值范圍ξ。；第三部分是與PM中不同階段機器維修比例系數g相關的不同階段的維護；

隨機密鑰遺傳算法的解碼部分為：實時監測每個機器完成每個工單之后的退化狀態，并根據狀態判斷是否達到CM點或者PM點；若達到CM點，則更新機器的退化狀態為0，若達到PM點，則根據AJMW選擇需要維護的機器，根據式16表示的不完美PM策略更新機器的退化狀態；

每次進行維修后更新維護費用、機器可用時間及預測機器的下一個PM維修點參數；若CM點和PM點均未達到，則根據式1表示的機器退化模型更新機器狀態參數；

采用上述基于元啟發式算法和自適應維修策略AJMW的聯合優化方法，求解步驟2)構建的生產與維護聯合優化模型，即可實現對混合生產系統進行工程調度和維護優化。