[发明专利]一种面向基础元器件加工工艺的优化调度方法

权利要求书

1.一种面向基础元器件加工工艺的优化调度方法，其实现步骤如下：

第一步，建立基础元器件工艺路径数学模型，所述数学模型包括能耗模型、时间模型和负载均衡模型；

①所述能耗模型的计算为：基础元器件加工设备能耗等于工作能耗与待机能耗之和，能耗模型为：

E_i＝E_i工+E_i待

E_i工＝P_i工×t_i工

E_i待＝P_i待×t_i待

其中，E_i描述加工设备总能耗,i＝1,2,…,n表示设备数目，E_i工描述加工设备i在加工过程中产生的能耗，E_i待描述加工设备i在待机过程中产生的能耗，P_i工描述设备i的加工功率，t_i工描述设备i的加工时长，P_i待描述设备的待机功率，t_i待描述设备i的待机时长；

基础元器件加工车间设备总能耗为基础元器件加工车间中所有加工设备能耗之和：

其中，E_总描述所有加工设备的总能耗，即优化目标一；

②所述时间模型计算为：基础元器件加工设备待机时长由基础元器件加工设备加工完成时间减去加工开始时间与加工过程中基础元器件加工设备的加工时间之和计算得到，时间模型为：

t_i待机＝t_i完成-t_i工-t_i开始

其中，t_i开始表示零件在设备i上的加工开始时间，t_i完成表示零件在设备i上的加工结束时间，t_i待机设备i在加工零件期间的设备i待机时长，t_i工表示设备i正常工作的时间，即加工零件的时长，max{t_i完成}为总的加工完成时间，即优化目标二；

③所述负载均衡模型计算为：基础元器件加工设备负载均衡性由车间中每台加工设备加工时长的方差来计算，负载均衡模型为：

其中，表示所有加工设备加工时长的平均值，L表示每台加工设备加工时长的方差，即为优化目标三；

第二步，在建立工艺路径数学模型之后，确定数学模型中的基础元器件工艺与加工车间的制造资源约束，具体约束条件表述如下，需全部满足以下4条约束条件：

①同一台设备在同一时刻只能加工一道工序；

②同一零件的不同工序不能同时加工；

③同一道工序只选择一台设备进行加工；

④零件实际加工的工序在零件的工序集合之内；

第三步，改进增强学习算法来优化工艺路径优化工艺路径；

采用改进后的Q学习算法，结合基础元器件的加工工艺和制造车间的加工设备进行工艺路径的优化，优化过程中得到的每一条加工工艺路径需满足第二步中的4条约束条件，否则该条加工工艺路径不合格须舍弃然后对加工工序序列进行重新排列寻优。优化完成后得到最优的零件的加工工艺路径即零件的加工工序排列组合，每道工序所对应的加工设备。

2.根据权利要求1所述的一种面向基础元器件加工工艺的优化调度方法，其特征在于：改进了增强学习算法来优化工艺路径，具体的步骤如下：

(1)首先，将工艺路径集划分为不同的状态空间：先随机选取一个满足约束条件的工艺路径模型初始解，每一个模型解对应一个状态，在约束条件下执行优化的动作，得到下一个模型解，对应于下一个状态。优化动作包括工序内容的改变，工序间顺序的调整和同一工序在不同加工设备上进行实施这三种类型。引入评价函数p，所述评价函数p定义为：当前状态下，将目标函数值和之前各状态目标函数最小值差值与之前各状态对应目标函数最大值和最小值差值相除得到商值，将三个目标函数能耗、时间和负载均衡性下对应的商相加得到评价函数。求解过程中有两点说明：

(a)当执行动作次数为0时，即初始状态，评价函数值定义为3；

(b)当执行动作次数为1时，商值定义为：第二个状态下，目标函数值和初始状态下目标函数值差值与初始状态下目标函数值相除得到；

(2)根据评价函数进行状态空间划分：执行每一个动作以后得到评价函数的值，根据评价函数值的不同进行不同的状态划分同，0<p<1，划分为状态零；1≤p<2，划分为状态一；2≤p<3，划分为状态二；3≤p<4，划分为状态三；4≤p，划分为状态五；

(3)获取工艺路径最优解，具体步骤如下：

①初始化Q矩阵和设置学习次数；

②选取初始状态，即满足约束条件的一个初始工艺路径，获取优化指标的初始值，初始状态随机确立，作为搜索寻优的起点；

③根据初始状态，在约束条件下寻找下一个可执行的动作，并且不断循环，执行下一个可执行动作以后达到下一个状态；

④计算下一状态每个可执行动作的可能性；

⑤选择最大可能动作执行，达到下一状态；

⑥更新Q矩阵，继续寻找下一个可执行动作直到Q矩阵收敛或者达到所设置学习次数限制，此时这个状态下对应的工艺路径即为最优工艺路径。