一种基于物料过程齐套的柔性作业车间调度方法技术

该发明专利技术公开一种基于物料过程齐套的柔性作业车间调度方法，涉及柔性作业车间的物料齐套与生产调度领域。本发明专利技术将物料的齐套约束以工序为单位增加至调度优化模型中，采用基于物料过程齐套的柔性作业车间调度方案，得到在物料限制下的柔性作业车间优良调度方案，实现了充分利用生产资源、缩短产品生产周期的目的。缩短产品生产周期的目的。缩短产品生产周期的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物料过程齐套的柔性作业车间调度方法


[0001]本专利技术专利涉及柔性作业车间的物料齐套与生产调度领域，具体是一种基于物料过程齐套的柔性作业车间调度方法。

技术介绍

[0002]柔性作业车间采用柔性生产方式满足客户多样化的需求，同时提高生产灵活性、降低生产成本。柔性作业车间产能有限、物料有限，而采用客户定制化、面向订单的生产方式变动性强，由于物料的采购期和备货期较长，生产过程中易发生部分产品的部分工序处于物料未齐套的状态，若采用全局齐套的生产方式会导致生产周期较长、库存积压较多的问题。

技术实现思路

[0003]为提高生产效率，需对柔性作业车间中的物料分配和生产调度进行合理安排。本专利技术提出一种基于物料过程齐套的柔性作业车间调度方法，以工序为基本单位来考虑物料的齐套情况，通过设计物料齐套确定算法并采用三段式编解码方案以及改进精英保留策略的NSGA
‑
II算法对柔性作业车间调度优化模型求解，充分利用车间生产资源，为柔性作业车间中基于物料限制下的生产调度提供技术方案。
[0004]本专利技术针对现有柔性作业车间齐套生产模式的不足，提出一种基于物料过程齐套的柔性作业车间调度方法，该技术方案流程图如图1所示，该策略包括以下步骤：
[0005]步骤1：建立与产品和物料有关的状态表示矩阵和状态表示向量，以此设计物料齐套确定算法得到预计物料齐套时间矩阵；
[0006]步骤2：建立柔性作业车间调度优化模型，并根据步骤1得到的预计物料齐套时间矩阵设置物料齐套的约束条件；
[0007]步骤3：制定三段式编解码方案，对NSGA
‑
II算法改进精英保留策略，使用改进后的NSGA
‑
II算法求解获得调度方案，并对新增物料延迟到达情况实施重调度。
[0008]所述的步骤1具体为：
[0009]步骤1.1：建立与产品和物料有关的状态表示矩阵和状态表示向量；
[0010]设在一段时间内总共需要生产λ种产品，这λ种产品记为{1,2,3,
…
,λ}，第i(1≤i≤λ)种产品的需求量为d
i
，则总产品需求量为前d1个为第1种产品，第d1+1至第d1+d2个为第2种产品，依次往后将其按顺序编号为{1,2,3,
…
,n}，车间生产所需物料种类数量为β，将物料按种类编号为{1,2,3,
…
,β}，设生产第i种产品所需的工序数为n
i
，且l为所有产品生产所需的最大工序数。
[0011]对于第i(1≤i≤λ)种产品，其物料需求矩阵为
[0012][0013]其中，表示第i种产品在其第j道工序需要的第k种物料数量，超过n
i
行的元素值全部为0。
[0014]对于第i(1≤i≤n)个产品，其工序缺料矩阵
[0015][0016]其中U
(i)
为01矩阵，表示第i个产品在第j道工序需要的第k种物料发生短缺，超过n
i
行的元素值全部为0。
[0017]物料现存向量
[0018]S＝[S1,S2,
…
,S
β
][0019]其中S
i
表示第i种物料的现存量。
[0020]预计物料送达时间向量
[0021]A＝[A1,A2,
…
,A
β
][0022]其中A
i
表示每一种缺料的物料在时刻A
i
一次性送达，如果第i种物料充足则A
i
为初始时刻。
[0023]预计物料齐套时间矩阵
[0024][0025]其中K
ij
(1≤i≤n,1≤j≤n
i
)表示第i个产品的第j道工序的预计物料齐套时间，第i行中超过n
i
的元素值为初始时刻。
[0026]步骤1.2：设计物料齐套确定方法；
[0027]设现有产品物料分配优先级P＝{p1,p2,
…
,p
λ
}，设f
m
是每种产品生产数量d1,d2,
…
,d
λ
的最大公因子，计算f
i
＝d
i
/f
m
，则数量集{f1,f2,...,f
λ
}代表最小生产循环，对每一种物料，对每一种物料，按照下面三种策略分别对物料进行分配：
[0028](1)根据产品物料分配优先级，依次循环分配给每种产品生产一个单位的物料；
[0029](2)根据产品物料分配优先级，先一次性满足更高优先级产品的物料需求，然后再满足后续低优先级的产品物料需求；
[0030](3)根据最小生产循环的产品数量来进行物料的循环分配，在数量集{f1,f2,...,f
λ
}内部仍按照物料分配优先级进行分配。
[0031]在每一种分配策略执行的过程中，若物料已经无法满足某一道工序的齐套要求也需将其预先分配给该工序，若第i个产品在第j道工序缺少第k种物料，则置在分配完所有物料后，计算出第i个产品在第j道工序物料齐套的预计时间为：
[0032][0033]在调度算法中设置相应的产品加工约束条件，即第i个产品在第j道工序前其物料必须已经齐套。
[0034]所述的步骤2具体为：
[0035]步骤2.1：建立柔性作业车间调度优化模型
[0036]柔性作业车间调度优化模型可以描述为：根据n个工件的工艺路径和m个可选加工机器，需要为每一道工序选择加工机器，同时为每台机器被分配到的工序任务进行排序，其中加工机器根据实际情况考虑也可以是车间中的工位，每个工件对应一个最终完工的产品。
[0037]相关符号定义：
[0038]n表示工件总数；
[0039]m表示机器总数；
[0040]J表示工件集合，其中J＝{J1,J2,
…
,J
n
}；
[0041]M表示机器集合，其中M＝{M1,M2,
…
,M
m
}；
[0042]n
i
表示工件J
i
的工序数
[0043]C
i
表示工件J
i
的完工时间
[0044]D
i
表示工件J
i
的交付期
[0045]O
ij
表示工件J
i
的第j道工序；
[0046]T
ijk
表示工件J
i
的第j道工序在机器M
k
上的加工时间；
[0047]S
ijk
表示工件J
i
的第j道工序在机器M
k
上的开工时间；
[0048]E...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于物料过程齐套的柔性作业车间调度方法，其特征在于，包括：步骤1：建立与产品和物料有关的状态表示矩阵和状态表示向量，并设计物料齐套确定算法；步骤1.1：建立与产品和物料有关的状态表示矩阵和状态表示向量，包括物料需求矩阵、工序缺料矩阵、物料现存向量、预计物料送达时间向量、预计物料齐套时间矩阵；步骤1.2：设计物料齐套确定算法，根据三种不同的物料分配策略分别得到预计物料齐套时间矩阵；设现有产品物料分配优先级P＝{p1,p2,
…
,p
λ
}，设f
m
是每种产品生产数量d1,d2,
…
,d
λ
的最大公因子，计算f
i
＝d
i
/f
m
，则数量集{f1,f2,...,f
λ
}代表最小生产循环，对每一种物料，按照下面三种策略分别对物料进行分配：(1)根据产品物料分配优先级，依次循环分配给每种产品生产一个单位的物料；(2)根据产品物料分配优先级，先一次性满足更高优先级产品的物料需求，然后再满足后续低优先级的产品物料需求；(3)根据最小生产循环的产品数量来进行物料的循环分配，在数量集{f1,f2,...,f
λ
}内部仍按照物料分配优先级进行分配；在每一种分配策略执行的过程中，若第i个产品在第j道工序缺少第k种物料，则置在分配完所有物料后，计算出第i个产品在第j道工序物料齐套的预计时间为：在调度算法中设置相应的产品加工约束条件，即第i个产品在第j道工序前其物料必须已经齐套；步骤2：建立柔性作业车间调度优化模型，并根据步骤1得到的预计物料齐套时间矩阵设置物料齐套的约束条件；步骤2.1：建立柔性作业车间调度优化模型；步骤2.2：根据步骤1得到的预计物料齐套时间矩阵设置物料齐套的约束条件；步骤3：制定三段式编解码方案，对NSGA
‑
II算法改进精英保留策略，使用改进后的NSGA
‑
II算法求解获得调度方案，并对新增物料延迟到达情况实施重调度；步骤3.1：制定三段式编解码方案；步骤3.2：改进精英保留策略；对NSGA
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II算法的精英保留策略进行改进，通过设计分段函数将每一代种群中精英个体的数量都限制在一个固定的水平，分段函数如下：其中，i(i≥1)为非支配等级，u
i
表示在第i级非支配曲面F
i
上选取的个体的数量，|F
i
|表示第i层非支配曲面上个体的数量，X,Y,α均为常数，且α∈[0,1]，对于计算出的u
i
如果有小数需要进行四舍五入取整操作，如果选取的数量不满足种群数量，那么在每一个支配层依次选取未被选中的个体直至满足种群数量要求；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李波，杨航，刘民岷，潘晓勇，郅慧，符欣，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：