一种基于订单管理和滚动优化排产的车间综合调度系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于订单管理和滚动优化排产的车间综合调度系统，其技术方案为：1、订单管理系统实时收集新订单并整理全部订单；2、基于层析分析法对订单管理系统中的订单进行优先级评价；3、根据订单优先级进行排序；4、确定优化窗口长度，排产优化系统周期性从窗口获取订单并基于遗传算法求得最优调度解；5、显示待优化订单的最优调度方案并绘制甘特图；6、更新订单管理系统，重复步骤2

【技术实现步骤摘要】
一种基于订单管理和滚动优化排产的车间综合调度系统


[0001]本专利技术属于智能生产调度
，涉及一个将订单管理系统与排产优化系统分开的车间作业调度平台，采用层次分析法对订单系统进行优先级评价，采用遗传算法实现最终的作业调度。

技术介绍

[0002]随着计算机技术、自动化技术的广泛应用，智能制造业迅速发展。生产作业调度问题作为制造业智能化转型升级的核心基础，直接影响着管理技术的先进性和制造技术的髙效性。生产作业调度优化问题的本质是一个资源分配问题，即把有限的资源在同时满足加工顺序、交货时间等约束条件下分配给若干个任务，以达到对某个目标的优化。
[0003]然而在实际生产过程中，我国很多传统制造型企业到目前为止仍然依赖生产经验进行人工式车间调度，这类方法调度速度慢、管理效率低、增加运行成本和时间、无法保证调度数据的精确性，很难求得良好的调度方案，因此对车间作业调度问题(Job
‑
Shop Scheduling Problem，JSP)开展深入研究具有重要的意义与价值。
[0004]车间作业调度问题具有离散型、复杂性、动态随机性、多目标性、多约束性，是一类典型的NP
‑
hard问题，目前对于JSP问题的求解主要有精确算法与近似算法两类。其中，精确算法主要有分支定界法、混合整数规划法和拉格朗日松弛法等，这些算法虽然能保证得到全局最优解，但需花费较长的时间以及成本且只能解决小规模的车间调度问题，与车间实际调度应用还有较大的差距；近似算法主要有构造性方法、人工智能方法和元启发式算法，包括遗传算法、粒子群算法等，构造性方法对问题的处理比较粗糙，得出的解质量通常不够好，而启发式算法如遗传算法结构简单，通用性好，且具有良好的全局搜索能力，优化性能高，已成为求解车间调度问题的主流方法，但依旧存在如下问题：
[0005]1、当问题规模较小时，使用遗传算法能快速且好的给出最优调度方案；但对于中大规模的车间调度问题，由于解空间维度的变大，遗传算法耗费时间变长并且容易出现早熟收敛现象，最终导致求解效率出现下降和挂起的现象。
[0006]2、对作业进行排产的过程是一个静态的调度求解过程，但在实际生产中由于动态因素如订单数量变化、插单、取消等事件的存在，会导致实际结果与理论模型出现较大差异，如果仅考虑定量的静态问题，会使得算法局限在理论层面，进而降低了算法的实用价值。
[0007]3、当前在描述车间调度问题时订单的优先级都是给定的固定值，然而在实际生产中，受到交货日期的临近以及其他因素的影响，订单优先级应该发生动态变化，与实际情况不符。
[0008]在中国专利CN114926033A(基于改进NSGAII的柔性车间动态事件调度方法)中，对插单事件，区分已被调度的作业的当前状态，并对插单作业与尚未处理的作业重新调度。在中国专利CN107831745B(一种柔性作业车间插单动态调度优化方法)中，将批次工件的工序分为子批次，对各子批次进行调度。然而中国专利CN114926033A对于插单事件的处理是对
剩余全部订单的重新调度，在处理中大规模的作业调度问题时算法耗时长，效率低，成本高。中国专利CN107831745B仅仅是将工件分批，并未考虑优先级的问题，若新订单进入订单系统，假设它的优先级在最初并不高，但随着生产的进行，交货期的临近，它的优先级(紧急程度)自然会被提高，若仅仅分批的话，实际并不能保证订单按期完成，同时该专利并没有在一个不断有新订单加入的情况下进行动态的分批优化。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种基于订单管理和滚动优化排产的车间综合调度系统，以满足考虑了作业准备时间的中大规模(例如作业规模超过1000维)的车间动态调度需求，减少算法耗时，获得使最大完工时间最小的调度解，提高生产效率，解决现有技术中存在的不足。
[0010]本专利技术的车间综合调度系统包括订单管理系统与排产优化系统两部分。订单在两部分系统中单向流动。订单管理系统用于对订单生成优先级，并响应新订单、插单、以及时间的流逝而对尚未被提交给排产优化系统的订单重新生成优先级。从而将插单事件与排产优化系统的订单调度优化过程分离，使得排产优化系统利用静态调度优化策略(而无需动态调度优化策略)实施订单排产，降低了订单调度的复杂度，并减少算法耗时，提高生产效率。
[0011]从订单管理系统进入排产优化系统的订单，会被调度并排产执行完成，排产优化系统对订单的处理不会因插单事件而被打断。插单只会影响该订单在订单管理系统中的排序，而对排产优化系统没有影响。虽然这可能导致对插单的处理延迟，但相应地本专利技术的排产优化系统使用较小的调度窗口，从而对调度窗口内的订单的每次调度并处理所引起的延迟相应较小；由于工件加工时间远大于排产程序运行时间，因此前者是插单的处理延迟的主要原因，一般来说，对于加工时间较长的工件(数十分钟或几小时)，窗口长度不大于20，对于加工时间较短的工件(数百秒或几分钟)，窗口长度可设为50或更长，需要依具体情况而定。而订单管理系统还按优先级对插单排序(调度)，使得高优先级的插单能在下次调度时进入调度窗口并被调度和处理，从而对插单的总体处理延迟保持在较低水平，并避免超时事件发生，但大幅降低了订单调度的整体复杂度。
[0012]相应地，调度窗口也不应过小。过小的调度窗口导致对调度问题所找到的局部最优解对全局而言效率降低(同全局最优解差距大)。因此，本专利技术通过设置在订单管理系统与排产优化系统之间单向传递待调度订单的调度窗口，在调度复杂度、插单延迟与调度解的效果之间寻求合理平衡。
[0013]为了实现上述目的，本专利技术通过如下技术方案实现：
[0014]一种基于订单管理和滚动优化排产的车间综合调度系统，平台包括订单管理系统以及排产优化系统两部分，具体的操作步骤如下：
[0015]步骤1：订单管理系统实时收集新订单并整理全部订单。
[0016]步骤2：基于层析分析法对订单管理系统中的订单进行优先级评价。
[0017]步骤3：根据订单优先级进行排序。
[0018]步骤4：确定优化窗口长度，排产优化系统根据窗口长度在订单系统内获取排在前面优先级高的一系列订单，并基于遗传算法对这些订单进行静态调度优化，调度优化的具
体步骤如下：
[0019]步骤4.1：相关参数初始化。
[0020]步骤4.2：确定染色体编码方式，生成初始种群。
[0021]步骤4.3：生成调度方案并评价个体的适应度值。
[0022]步骤4.4：进行选择，交叉，变异操作。
[0023]步骤4.5：终止循环。
[0024]步骤5：显示优化窗口内待优化订单的最优调度方案并绘制甘特图。
[0025]步骤6：更新订单管理系统，对订单管理系统中订单的优先级进行修正，重复步骤2
‑
5。
[0026]本专利技术的特点还在于：
[0027]步骤1订单管理系统独立于排产优化系统，用于存储全部订单信息以及实时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于订单管理和排产优化两阶段调度的车间综合调度方法，其特征在于，订单管理阶段包括下列步骤1至步骤3以及步骤6，排产优化阶段包括步骤4与步骤5；所述方法包括：步骤1、获取待处理的订单；步骤2、对待处理的所有订单进行优先级评价；步骤3、根据订单优先级对全部订单进行排序；步骤4、确定优化窗口长度，从优化窗口获取同优化窗口长度对应数量的多个订单并基于遗传算法求得对所述多个订单调度处理的最优调度方案；步骤5、以甘特图的形式显示所述多个订单的最优调度方案；步骤6、获取待处理的订单，返回步骤2；其中所述订单管理阶段独立于所述排产优化阶段，所述订单管理阶段获取新的订单不会打断所述排产优化阶段的执行。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2对订单进行优先级评价包括两部分：对新订单进行打分以及对原有订单进行分数修正；其中用于优先级评价的评价指标包括：订单交货时间T、物料成本C、订单收益P和/或客户资质Q，其中，订单交货时间T指当前日期距离交货日期的长度，物料成本C包括原材料成本和/或机器折旧成本，订单收益P指完成订单所获利润，客户资质Q指客户的信誉水平；其中用于优先级评价的评价指标被离散化处理；其中用于优先级评价的评价指标各自具有用于评分的权重；ω
T
、ω
C
、ω
P
、ω
Q
用SC，SP，SQ分别表示物料成本C、订单收益P、客户资质Q对应的离散化分数，则新订单的得分表示为：Score＝S
C
*ω
C
+S
P
*ω
P
+S
Q
*ω
Q
‑
T*ω
T
；其中ω
T
、ω
C
、ω
P
、ω
Q
分别为订单交货时间T、物料成本C、订单收益P和客户资质Q的权重，Score为订单的评分；对原有订单的分数进行修正公式为New_Score＝Score+ΔT*ω
T
，其中ΔT为收到订单开始到当前的时间，New_Score为订单的分数修正后的评分。3.根据权利要求1所述的方法其特征在于，所述步骤3根据订单优先级对全部订单进行排序，得分越高表示订单优先级或紧急程度越高，将订单按得分从高到低的顺序添加到优先调度窗口；响应于发生插单事件，插单事件所提供的订单具有最高得分。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化窗口长度的确定可以根据订单规模实时调整，从优化窗口长度获取订单并进行调度优化的频率可以根据订单状态的不同实时调整。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当没有插单订单出现时，每隔指定时间间隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，任基泽，李宪，则坤睿，王薇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：