断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测方法，包括建立断路器数字制造孪生车间系统；确定基于插单事件的断路器车间生产动态重调度数学模型，并基于时间窗口设置和订单查询的预测机制，对断路器数字制造孪生车间系统的孪生数据进行插单事件相关信息预测，且进一步通过预测的插单事件相关信息来更新断路器车间生产动态重调度数学模型；基于更新后的断路器车间生产动态重调度数学模型，构建以生产效率和设备能耗为多目标优化的断路器车间动态重调度预测模型，且进一步采用多目标回溯搜索优化算法，对断路器车间动态重调度预测模型求最优解，进而得到最终的动态重调度预测方案。实施本发明专利技术，能提升断路器制造车间面向动态插单事件的重调度响应效率，从而优化生产。

【技术实现步骤摘要】
断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测方法及系统
本专利技术涉及断路器制造车间数字建模
，尤其涉及一种断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测方法及系统。
技术介绍
断路器是配电网中重要的保护性设备，广泛应用于电力、石油、化工、建筑等国民经济的各个领域，其保护特性在维护电网稳定运行、确保人身和财产安全方面具有重要作用。断路器制造车间一般采取批量式作业模式，具有生产快速、质量高、一致性好的特点。然而，由于工艺和制造过程不同，完整的断路器批量式作业模式流程较长，包括上料、磁系统/热系统焊接、装配、瞬时/延时特性测试、视觉检测等超过30道工艺过程，当遭遇插单、撤单等动态事件时，存在响应慢、效率低、生产紊乱等问题，需要针对性地制定动态重调度预测方案，优化生产。现有的车间动态调度方法，主要可划分为三种：鲁棒调度、完全反应调度和重调度。其中，鲁棒调度是在调度过程中，充分考虑车间生产过程中将会发生的动态事件，生成具有一定鲁棒性的调度方案的方法；完全反应调度是依据当前系统状态和局部信息做出实时的调度，也称为在线调度或实时调度；重调度是依据一定的驱动响应机制，对调度方案进行相应的修改和重做，以实现对动态扰动因素的响应。上述调度方法能在一定程度上取得效益，但这些方法都采用事件后的处置方法，即当动态事件发生以后，通过数据采集、计算、反馈等方式对动态事件进行处理，进而重新安排生产。由于数据采集、计算和反馈等环节需要耗费较多时间，使得方案制定的效率及其实时性问题往往无法真实反应生产车间当前的工况及其生产状态，因此对重调度方案的制定和执行有较大影响。尤其是对于批量式作业车间，生产工况快速发生变化，重调度方案的效率和实时性对于优化配置生产的局限性较明显。因此，亟需一种车间动态重调度预测方法，用于断路器数字制造孪生车间上，能提升断路器车间面向动态插单事件的重调度响应效率，从而优化生产。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测方法及系统，对动态插单等扰动事件进行事件前的预测处置方式，能提升车间重调度响应效率，优化生产。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测方法，所述方法包括以下步骤：步骤S1、对断路器车间进行多粒度映射建模、运动控制及场景优化，建立断路器数字制造孪生车间系统；步骤S2、确定基于插单事件的断路器车间生产动态重调度数学模型，并基于时间窗口设置和订单查询的预测机制，在所述断路器数字制造孪生车间系统提供的实时孪生数据上进行插单事件时间及内容预测，且进一步通过所预测的插单事件时间及内容来更新所述断路器车间生产动态重调度数学模型；步骤S3、基于更新后的断路器车间生产动态重调度数学模型，采用多目标回溯搜索优化算法，结合随机键编码和插入式解码方法，在分布式计算平台中进行对该断路器车间生产动态重调度数学模型的高效求解，进而得到的最优的动态重调度预测方案。其中，所述对断路器车间进行多粒度映射建模、运动控制及场景优化的步骤具体为：对断路器车间进行车间几何纹理建模、车间层级关系建模、车间设备动作建模、车间语义建模、车间运动控制和车间场景优化。其中，所述基于插单事件的断路器车间生产动态重调度数学模型是基于预设定义的断路器车间生产动态调度规则自动更新生成的；其中，所述断路器车间生产动态调度规则具体为，首先生成并执行初始调度方案，若插单事件到达或搜寻到未来更优调度方案，则解码并执行对应的重调度方案，且进一步重新进行重调度预测；若插单事件未到达且未搜寻到未来更优调度方案，则基于时间窗口内的预测时刻的变动进行相应的重调度预测，直到车间生产作业停止。其中，所述插单事件时间预测是基于时间窗口设置来实现的；所述插单事件形式预测是基于订单查询方法来实现的。其中，所述时间窗口设置的步骤具体为：将断路器车间作业时间分为若干预测时刻，并在实时断路器生产作业时获取未来一段时间内的所有预测时刻作为动态插单事件所发生的时间。其中，所述订单查询方法的步骤具体为：逐一查询所有未来可能插入的标准采购订单事件，分别生成无新订单插入和有新订单J1～Jn插入的n+1种工况；其中，设置无新订单插入工况是为了在无插单事件发生时实时优化车间后续的生产作业；设置新订单插入工况是为了对各订单插入后的重调度方案进行优化预测。本专利技术实施例还提供了一种断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测系统，包括车间系统构建单元、动态重调度数学模型构建及更新单元和动态重调度方案求解单元；其中，车间系统构建单元，用于对断路器车间进行多粒度映射建模、运动控制及场景优化，建立断路器数字制造孪生车间系统；动态重调度数学模型构建及更新单元，用于确定基于插单事件的断路器车间生产动态重调度数学模型，并基于时间窗口设置和订单查询的预测机制，在所述断路器数字制造孪生车间系统提供的实时孪生数据上进行插单事件时间及内容预测，且进一步通过所预测的插单事件时间及内容来更新所述断路器车间生产动态重调度数学模型；动态重调度方案求解单元，用于基于更新后的断路器车间生产动态重调度数学模型，采用多目标回溯搜索优化算法，结合随机键编码和插入式解码方法，在分布式计算平台中进行对该断路器车间生产动态重调度数学模型的高效求解，进而得到的最优的动态重调度预测方案。其中，所述基于插单事件的断路器车间生产动态重调度数学模型是基于预设定义的断路器车间生产动态调度规则自动更新生成的。其中，所述插单事件时间预测是基于时间窗口设置来实现的；所述插单事件形式预测是基于订单查询方法来实现的。实施本专利技术实施例，具有如下有益效果：本专利技术基于时间窗口设置和订单查询的车间重调度预测机制，预测车间未来时间段可能发生动态插单事件的时间及内容，并采用插单事件前的处置方式对断路器数字制造孪生车间进行动态重调度预测，能提升断路器车间面向动态插单事件的重调度响应效率，从而优化生产。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。图1为本专利技术实施例提供的一种断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测方法的流程图；图2为图1中步骤S1内的断路器数字制造孪生车间搭建的流程图；图3为图1中步骤S2内的断路器车间生产动态调度规则的流程图；图4为图1中步骤S2内的断路器车间动态重调度预测机制的流程图；图5为图1中步骤S2内的基于时间窗口设置的时间预测示意图；图6为图1中步骤S2内的基于订单查询的形式预测示意图；图7a～7g为本专利技术实施例提供的一种断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测方法的应用场景图；图8为本专利技术实施例提供的一种断路器数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤S1、对断路器车间进行多粒度映射建模、运动控制及场景优化，建立断路器数字制造孪生车间系统；/n步骤S2、确定基于插单事件的断路器车间生产动态重调度数学模型，并基于时间窗口设置和订单查询的预测机制，在所述断路器数字制造孪生车间系统提供的实时孪生数据上进行插单事件时间及内容预测，且进一步通过所预测的插单事件时间及内容来更新所述断路器车间生产动态重调度数学模型；/n步骤S3、基于更新后的断路器车间生产动态重调度数学模型，采用多目标回溯搜索优化算法，结合随机键编码和插入式解码方法，在分布式计算平台中进行对该断路器车间生产动态重调度数学模型的高效求解，进而得到的最优的动态重调度预测方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、对断路器车间进行多粒度映射建模、运动控制及场景优化，建立断路器数字制造孪生车间系统；
步骤S2、确定基于插单事件的断路器车间生产动态重调度数学模型，并基于时间窗口设置和订单查询的预测机制，在所述断路器数字制造孪生车间系统提供的实时孪生数据上进行插单事件时间及内容预测，且进一步通过所预测的插单事件时间及内容来更新所述断路器车间生产动态重调度数学模型；
步骤S3、基于更新后的断路器车间生产动态重调度数学模型，采用多目标回溯搜索优化算法，结合随机键编码和插入式解码方法，在分布式计算平台中进行对该断路器车间生产动态重调度数学模型的高效求解，进而得到的最优的动态重调度预测方案。


2.如权利要求1所述的断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测方法，其特征在于，所述对断路器车间进行多粒度映射建模、运动控制及场景优化的步骤具体为：
对断路器车间进行车间几何纹理建模、车间层级关系建模、车间设备动作建模、车间语义建模、车间运动控制和车间场景优化。


3.如权利要求1所述的断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测方法，其特征在于，所述基于插单事件的断路器车间生产动态重调度数学模型是基于预设定义的断路器车间生产动态调度规则自动更新生成的；其中，
所述断路器车间生产动态调度规则具体为，首先生成并执行初始调度方案，若插单事件到达或搜寻到未来更优调度方案，则解码并执行对应的重调度方案，且进一步重新进行重调度预测；若插单事件未到达且未搜寻到未来更优调度方案，则基于时间窗口内的预测时刻的变动进行相应的重调度预测，直到车间生产作业停止。


4.如权利要求1所述的断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测方法，其特征在于，所述插单事件时间预测是基于时间窗口设置来实现的；所述插单事件形式预测是基于订单查询方法来实现的。


5.如权利要求4所述的断路器数字制造孪生车间的动态重调度预测方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒亮，杨艳芳，杨秒，陈定方，李莎莎，林振权，吴桂初，朱翔鸥，
申请(专利权)人：温州大学乐清工业研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33