[发明专利]基于改进元胞机的多品种多工艺多单元制造调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及多品种多工艺多单元制造系统，尤其是一种多品种多工艺多单元制造调度方法。 

背景技术

随着全球化市场竞争激烈，企业在生产过程中需要对市场进行快速响应，根据客户需求研发和制造个性化产品，因此多品种多工艺多单元制造模式逐渐成为中小企业的主要生产模式。此类生产模式产品为多品种、小批量，生产组织方式趋于单元化布局，是一种完全离散的复杂系统。 

通过Petri网和生产系统的映射关系，对制造系统建模，构造Petri网多目标优化算法，并结合遗传算法对经典作业车间调度的模块，以eM-Plant进行建模仿真，求解出规模较小的作业单元的调度方案，但对于复杂的作业车间则未能验证模型的鲁棒性。 

也有人研究了小批量、多品种、订单式生产系统的生产调度问题，也采用Petri-Net建立一般调度模型，运用最短优先处理规则和深度优先规则来搜索局部最优解。不足之处在于没有对运行过程进行实时仿真，因而无法进行动态监控，调度方案也存在鲁棒性不强的问题。 

在传统的作业车间调度基础上，放宽了资源约束的条件，采用工件在设备上的等待时间最短和其相对剩余加工时间最大这两条优先规则，解决了一机多件的工件排序问题和一件多机的设备选择问题，提出了利用ID3决策树方法提取组合规则的运算思想，解决了多品种多工艺多单元生产中经常碰到的实际问题。但设备并非唯一的约束，不确定因素考虑的方面有局限性。 

发明内容

为了克服已有多品种多工艺多单元制造系统调度方案的无法进行动态监控、 鲁棒性不强的不足，本发明提供一种实现动态监控、鲁棒性良好的基于改进元胞机的多品种多工艺多单元制造调度方法。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种基于改进元胞机的多品种多工艺多单元制造调度方法，所述调度方法包括以下步骤： 

1）建立车间调度系统的元胞自动机模型，模型表达式如下： 

A_s={L₂,S,N,R,F_s}（4） 

式（4）中： 

A_s—多品种多工艺多单元制造企业生产车间调度系统元胞自动机模型；L₂—d=2，二维网格机构；S—工位元胞的状态；N—领域元胞状态；R—约束条件；F_s—调度规则； 

车间调度系统约束条件如下： 

（a）每个工件都是依照一定的工艺顺序进行加工的，只有前一道工艺加工完毕才能进入下一工位进行加工，这是工艺约束条件，用数学公式描述如下：st_ij≥et_i(j-1)其中，i＝1,2,...,n；j=1,2,...,m    （5） 

式（5）中： 

st_ij-Starting Time，表示第i个工件的第j道工序的加工开始时间；et_ij-Ending Time，表示第i个工件的第j道工序的加工结束时间； 

因此，第i个工件的第j道工序的加工开始时间必然在第j-1道工序结束之后； 

（b）每台机器每个时间段只能同时加工一个工件，只有当一个工件结束加工后才能开始加工下一工件，这是机器的能力约束条件，用数学公式描述如下： 

st_ij≥et_(i-1)j其中，i＝1,2，...,n；j=1,2,...,m    （6） 

式（6）中： 

只有当第i-1个工件的第j道工序加工结束，第i个工件的第j道工序才能在同一台设备上进行加工； 

（c）工件在机器上加工时不能被打断，直至该工序加工完毕； 

2）建立多目标函数，所述多目标函数的条件为： 

2.1）工件所有工序最大完成时间最短：工件i在机器j上的加工时间记作T_ij，工件离开整个加工系统的时间为 将各个子目标函数进行统一，因此第一个子目标函数为