[发明专利]一种考虑运输能力受限的跨单元工件生产路径搜索方法

说明书

本发明涉及工业生产领域中一种考虑运输能力受限的跨单元工件生产路径搜索方法，基于两阶段蚁群优化生产路径搜索算法，运用预搜索中的期望到达时间构建一种运输和生产协同判断机制确定生产过程中运输工具需装载的工件及其运输顺序，并进行工序排序顺序修复以得到最终生产路径。本发明能够解决装备制造业生产过程中的机器空闲和工件的累积堆放的问题，将加工和运输协同优化，提高了生产效率，同时缩短完成时间。

技术领域

本发明涉及装备制造业领域中一种考虑运输能力受限的跨单元工件生产路径搜索方法，属于先进制造生产控制优化领域。

背景技术

近几十年来，制造系统逐渐由传统的集中式环境向柔性分布式转变。为了缩短交货时间、减少库存量、降低生产成本、提高产品质量，单元制造系统(CellularManufacturing System)应运而生。单元制造是基于成组技术(Group Technology)的思想发展而来的，体现了精益生产的哲理。在单元制造系统中，将加工能力不同的机器根据工件工艺的相似性对其进行分组，形成加工能力相对独立的制造单元。每个制造单元能生产一批具有相同性质的工件，即工件族。

然而，单元制造系统在实际生产中难以实现。在我国装备制造业中，多品种、变批量、混线生产的情况非常普遍并将长期存在。在这样的生产模式下，一方面企业出于对成本的考虑，对昂贵设备采取少量购买、集中放置的策略，另一方面产品的个性化加工需求也日趋显著。这些因素导致部分工件的加工路径跨多个单元，产生跨单元协作的生产模式。这种工件被称为特殊工件(Exceptional parts,EP)，特殊工件在单元间的转移形成跨单元移动问题(inter-cell transfer)。

据统计，有72％的制造企业实施了单元制造模式，其中工件的平均跨单元率达20％以上，且只有10％的单元无需其他单元协作。在综合传动装置等复杂产品的制造过程中，有50.61％的工件需要跨单元协作完成。

在这样的背景下，跨单元生产路径搜索问题应运而生。目前国内外有关跨单元生产路径搜索问题的研究还很少，其中第一种类型为跨流水单元生产路径搜索问题，所有的工件都以相同的处理顺序在机器上加工。然而实际生产中，不同工件的加工路径常常不同，即跨作业单元的生产路径搜索问题。

在实际生产中普遍存在着机器能力部分重叠的情况，对于一个给定的工序，它能够被两台或以上的机器中的任何一台机器加工完成，也就是说工件可以通过不同的机器序列加工，即存在柔性路径。因此在考虑柔性路径的跨单元生产路径搜索问题中，需要单元间协作集成考虑生产计划，协同安排工件的加工路径。

然而，在装备制造业中，工件的体积与重量往往较大，且单元的位置较为分散，因此工 件的跨单元运输需要由实际的运输工具完成。由于运输工具数量有限，工件在运输工具非空闲时需要进行等待；由于运输工具的容量有限，运输工具空闲时，需要选择一部分工件进行组批并运输，未被选择的工件则需要继续等待；由于同一批次内的工件可能具有不同的目的单元，因此需要进行运输路径的搜索。

因此，在考虑运输能力受限的跨单元生产路径搜索问题中，运输的结果决定了工件到达目的单元的时间，因此影响了机器的加工计划；反过来讲，加工的结果也影响了运输计划。因此，考虑运输能力受限的跨单元生产路径搜索问题是一个跨单元问题中加工与运输的协同问题。

调研结果表明，针对这样的问题，目前装备制造企业主要依靠人工经验解决，在无法按期完成的工件中有70％以上属于跨单元工件，对跨单元生产效率产生巨大的负面影响。

综合以上描述，在考虑运输能力受限的跨单元生产路径搜索问题中，为了提高生产效率，需要为跨单元问题中加工与运输建立协同机制。

发明内容