一种面向多型号小批量的复杂装备产品装调生产动态调度方法技术

一种面向多型号小批量的复杂装备产品装调生产动态调度方法，属于信息技术及先进制造领域，面向多型号共线、多种扰动因素并存的动态装调生产情境，建立以加工成本、交付误差和跨车间转运次数加权最小化为目标的动态装调生产调度模型，并设计了一种混合变邻域求解算法对模型进行求解，其中通过引入粒子群优化算法，来保证邻域结构集内的局部最优；通过系统地改变邻域结构集，拓展搜索范围，保证全局最优；通过B

【技术实现步骤摘要】
一种面向多型号小批量的复杂装备产品装调生产动态调度方法


[0001]本专利技术属于信息技术及先进制造领域，面向以多品种、小批量为特征的国防科技复杂装备产品，针对其存在大量动态变化因素、信息度和复杂度日益增加、柔性化与智能化水平日益提升的装调生产线，设计了装调生产线动态调度方法，对产品工件的工艺路线、各工序开工时间、机器指派与完工时间进行了优化调度，突破了传统专线专用生产模式及依赖人工或传统办公软件进行生产管理造成的生产线效率低与灵活性差的局限性，为多品种小批量复杂装备装调生产管控提供关键技术支撑。

技术介绍

[0002]随着我国航天事业的快速发展，航天产品的需求量日益增加，同时一直呈现出多品种、小批量的特点。按照传统的专线专用模式，型号产品装调生产线间资源通用性低、柔性差，无法满足未来更多型号的订单快速响应需求。此外，依靠人工或者传统办公软件难以对复杂和扰动频发的装调生产线进行准确和灵敏的调度管控。在智能制造技术快速发展带来的契机下，大量企业开始建设多型号共线新模式的智能装配调试生产线。
[0003]对比型号产品专用生产线，多型号产品共用生产线流程更复杂。此外，对于研制与批生产并重的型号产品，由于在研制阶段结构和工艺尚未定型导致工艺方法及工艺路线的变动性较大，另有临时生产任务、设备损坏等生产环境的动态变化，使多型号产品装调生产线的调度管控更困难。在研究此类复杂性高、存在大量扰动因素的生产线调度问题时，需把生产环境视为动态变化的环境，将这一问题作为动态生产调度问题处理。针对不同的生产执行环境，适当调整调度策略和算法，成为解决问题的关键。
[0004]当前，动态生产调度的方法主要有：多规则方法、启发式搜索法、人工智能/计算智能方法和系统仿真法。这些方法对自然过程进行直接模拟，或是对局域搜索方法进行改进，在求解动态调度问题时，均存在着各个方面的缺陷，难以得出全局最优的调度方案，或难以维持满足预期需求的调度性能。

技术实现思路

[0005]针对变动频繁的型号装调生产环境，结合动态生产调度的特点，本专利技术设计了一种面向多型号小批量产品装调过程的动态调度方法。该方法首先针对存在多种突发状况的生产调度问题建立了型号产品装调特征模型，进而设计了混合变邻域搜索算法得到型号产品调度周期内的最优生产动态调度方案，并据生产现场状态和任务变化情况周期性地判断是否需要进行重调度，以保证调度方法性能与预期性能保持一致，最终达到适应动态生产环境、提升生产敏捷性的目的。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种面向多型号小批量的复杂装备产品装调生产动态调度方法，根据生产任务、设备/物料状态、工艺信息和生产现场状态进行生产调度做出调度指令，生产调度重调度决
策、调度算法和调度结果评价；具体建立步骤如下：
[0008]步骤一、设定车间动态调度场景；
[0009]车间动态调度场景涉及生产任务、设备/物料状态、工艺信息和生产现场状态，包括生产订单情况变化、加工设备情况变化和原材料情况变化；
[0010]生产订单情况变化包括由需求驱动的订单增加或删减、原订单交货期提前、加工任务对资源种类或数量的需求变化和工艺路线的变更；
[0011]加工设备情况变化包括设备添加、检修或损坏；
[0012]原材料情况变化包括原料短缺或是未按时完成物料准备；
[0013]其中加工设备与所加工的工件遵循一定前提条件用以规范调度过程；
[0014]加工设备遵循前提条件为：
[0015]初始状态下，所有的设备均处于闲置状态；1台设备只能加工1个工件，即必须在前一道工序加工完成后开始另一工序；设备不会因缺少辅助工具处于闲置状态；设备发生故障的频率符合正态分布，平均发生故障时间为3000个加工时间单位，平均维护时间为10个加工时间单位；
[0016]工件遵循前提条件为：工件的工艺路线及其每道工序的工时预先确定；工件的工时符合正态分布，包括装夹和正常加工所需时间，不计算运送时间；每道工序在指定的设备上加工，只能加工一次；新的待加工工件进入车间的频率符合指数分布，平均时间为15个加工时间单位；
[0017]步骤二、通过设定的车间动态调度场景从车间生产采集系统中读取调度相关信息，建立型号产品生产动态调度模型：
[0018]S2.1.定义型号产品生产动态调度模型符号表征；
[0019]调度开始时刻为0，所有设备均处于空闲状态；
[0020]S2.1.1、定义型号产品生产动态调度模型参数；
[0021]i，产品编号，i＝1，2，
…
，n；j，设备编号，j＝1，2，
…
m；k，工件编号,k＝1，2，
…
o，r,工序编号，r＝1，2，
…
，q；B
ik
，产品i工件k的紧前工件集；F
i
，产品i的交货期；C
i
，产品i的完工时间；E
j
，设备j的单位加工费用；EC
i
，产品i提前完工惩罚系数；FC
i
，产品i拖期完工惩罚系数；T，调度软件检测周期；λ，系统预期性能特征值；RT,系统性能失效限定时间；
[0022]S2.1.2、定义型号产品生产动态调度模型变量；
[0023]S
ikrj
，产品i工件k第r道工序在设备j上的开工时间；T
ikrj
，产品i工件k第r道工序在设备j上的加工时间；C
ikrj
，产品i工件k第r道工序在设备j上的完工时间；a
ikrj
，整数变量，当产品i工件k第r道工序在设备j上加工，变量设置为1，否则设置为0；D
ikr
，整数变量，当若产品i工件k第r道工序开始加工前需跨车间运转，变量设置为1，否则设置为0；λ，系统性能特征值；
[0024]S2.1.3、定义型号产品生产动态调度模型决策内容；
[0025]决策内容有两个方面；一方面是得出工件的动态调度解决方案，包括待调度工件的工艺路线、各零件加工序列开始加工时间和完工时间；另一方面是调度方法的性能偏差值，当车间执行环境发生变更时，及时对生产系统的运行性能做出评价，以判断是否需要进行重调度，使新的调度计划能够满足调度目标的要求；
[0026]采用工序编码法，表达调度所得的零件加工序列；该方假设所调度的n个零件均为
m个工序，m为当前最大工序数；零件工序数不足m，则设为工时为0的虚工序，使得每个零件都出现m次；利用周期性巡检法，获得当前生产系统的性能特征值λ，对系统的性能特征值λ与预期值之间进行比较，获得性能偏差值Δλ≥0，表明系统状态良好，需要变动；Δλ<0，表明当前系统性能下降，在容忍时限RT内，生产车间采取应急措施，使系统恢复性能，不再重调度；Δλ<0，且超出容忍时间RT，进行重调度；
[0027]S2.2.定义动态调度目标函数；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向多型号小批量的复杂装备产品装调生产动态调度方法，其特征在于，该复杂装备产品装调生产动态调度方法根据生产任务、设备/物料状态、工艺信息和生产现场状态进行生产调度做出调度指令，生产调度重调度决策、调度算法和调度结果评价；具体建立步骤如下：步骤一、设定车间动态调度场景；车间动态调度场景涉及生产任务、设备/物料状态、工艺信息和生产现场状态，包括生产订单情况变化、加工设备情况变化和原材料情况变化；生产订单情况变化包括由需求驱动的订单增加或删减、原订单交货期提前、加工任务对资源种类或数量的需求变化和工艺路线的变更；加工设备情况变化包括设备添加、检修或损坏；原材料情况变化包括原料短缺或是未按时完成物料准备；其中加工设备与所加工的工件遵循一定前提条件用以规范调度过程；加工设备遵循前提条件为：初始状态下，所有的设备均处于闲置状态；1台设备只能加工1个工件，即必须在前一道工序加工完成后开始另一工序；设备不会因缺少辅助工具处于闲置状态；设备发生故障的频率符合正态分布，平均发生故障时间为3000个加工时间单位，平均维护时间为10个加工时间单位；工件遵循前提条件为：工件的工艺路线及其每道工序的工时预先确定；工件的工时符合正态分布，包括装夹和正常加工所需时间，不计算运送时间；每道工序在指定的设备上加工，只能加工一次；新的待加工工件进入车间的频率符合指数分布，平均时间为15个加工时间单位；步骤二、通过设定的车间动态调度场景从车间生产采集系统中读取调度相关信息，建立型号产品生产动态调度模型：S2.1.定义型号产品生产动态调度模型符号表征；调度开始时刻为0，所有设备均处于空闲状态；S2.1.1、定义型号产品生产动态调度模型参数；i，产品编号，i＝1,2,
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，整数变量，当若产品i工件k第r道工序开始加工前需跨车间运转，变量设置为1，否则设置为0；λ，系统性能特征值；S2.1.3、定义型号产品生产动态调度模型决策内容；决策内容有两个方面；一方面是得出工件的动态调度解决方案，包括待调度工件的工艺路线、各零件加工序列开始加工时间和完工时间；另一方面是调度方法的性能偏差值，当车间执行环境发生变更时，及时对生产系统的运行性能做出评价，以判断是否需要进行重
调度，使新的调度计划能够满足调度目标的要求；采用工序编码法，表达调度所得的零件加工序列；该方假设所调度的n个零件均为m个工序，m为当前最大工序数；零件工序数不足m，则设为工时为0的虚工序，使得每个零件都出现m次；利用周期性巡检法，获得当前生产系统的性能特征值λ，对系统的性能特征值λ与预期值之间进行比较，获得性能偏差值Δλ≥0，表明系统状态良好，需要变动；Δλ<0，表明当前系统性能下降，在容忍时限RT内，生产车间采取应急措施，使系统恢复性能，不再重调度；Δλ<0，且超出容忍时间RT，进行重调度；S2.2.定义动态调度目标函数；综合考虑型号产品生产环境特点与交付要求，以加工成本、精准交付、跨车间转运次数为优化目标，建立型号产品生产动态调度模型；动态调度目标函数如下：f＝λ1f1+λ2f2+λ3f3λ
i
——目标函数加权系数；f1——加工成本目标函数；f2——精准交付目标函数；f3——跨车间转运次数目标函数；运次数目标函数；运次数目标函数；S2.3.定义动态调度约束条件；工件的每道工序只能在一台设备上加工：工件的第一道工序开工时间不小于工件紧前工件集的完工时间：S
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≥C
iv
(v∈B
ik
)工件的后道工序开始时间不早于前道工序的完工时间：每台设备每一时刻只能加工一个工件：步骤三、求解车间动态调度方案；改进变邻域求解算法，通过引入粒子群优化算法，保证邻域结构集内的局部最优；通过系统改变邻域结构集，拓展搜索范围，最终保...

【专利技术属性】
技术研发人员：薄洪光，韩鹏，梁利静，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：