[发明专利]一种面向离散制造的集成车间调度与装配序列规划方法

权利要求书

1.一种面向离散制造的集成车间调度与装配序列规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、针对面向离散制造的集成车间调度与装配序列规划问题，建立目标函数以及约束条件的数学模型；具体包括以下内容：

S11、判断给定的装配序列是否发生装配干涉，建立目标函数MinF₁和MinF₂；其中，F₁表示产品的总生产完成时间，F₂表示生产过程中零件的总库存时间；

A、若给定的装配序列没有发生装配干涉，那么该序列是可行的，F₁、F₂分别表示为：

F₁＝max(Ea_i) (1)

其中，En_i是零件P_i的库存时间，Ea_i表示零件P_i的装配完成时间，i＝1,2,…,n，n表示零件数量；

B、如果给定的装配序列发生装配干涉，F₁、F₂分别表示为：

F₁＝max(Ea_i)×5×z (3)

其中，z是给定装配序列中的装配干涉次数；

为了得到目标函数的值，需要对产品的总生产完工时间进行计算，如下所述：在零件加工中，根据零件P_i的第j道工序的开始时间和零件P_i在机器M_k上的第j道工序的处理时间，k＝1,2,…,m，m表示零件加工的机器数量；用式(5)计算零件P_i的第j道工序的完成时间Ep_ij：

其中，Sp_ij表示零件P_i的第j道工序的开始加工时间，Tp_ijk表示在机器M_k上零件P_i第j道工序的加工时间，

加工过程中零件P_i的完工时间是零件P_i的最后一道工序完成的时间，因此，

Ep_i＝Ep_ij,当j＝Q_i (6)

其中，Ep_i表示零件P_i的完工时间，Q_i表示零件P_i的工序数；

在装配过程中，由于装配方向的改变、操作的改变和工具的改变都会增加装配时间，因此装配过程中零件P_i的完成时间计算如下：

Ea_i＝Sa_i+Ta_i+nd_i×t_di+nop_i×t_opi+nt_i×t_ti (7)

其中，Sa_i表示零件P_i的开始装配时间，Ta_i表示零件P_i的装配时间；t_di表示当装配零件P_i的方向发生改变时的时间增加；t_opi表示当装配零件P_i的操作类型发生变化时的时间增加；t_ti表示当装配零件P_i的装配工具发生变化时的时间增加；nd_i、nop_i、nt_i均为布尔变量：

考虑到目前正在进行的零件加工和装配过程，给定装配顺序S:{Se₁，Se₂，…，Sei，…，Sen}，零件P_Sei的装配过程在零件P_Se(i-1)装配完成和零件P_Sei的所有工序加工完成后才能开始，因此零件P_Sei在装配中的开始时间计算如下：

Sa_Sei＝max(Ep_Sei,Ea_Se(i-1)) (8)

基于式(6)、式(7)和式(8)得出零件P_i在装配中的完成时间，进而用式(1)得出产品的总生产完成时间；

在并行零件加工和装配过程中，给定装配序列S:{Se₁，Se₂，…，Sei，…，Sen}，如果零件P_Sei的所有处理操作都已完成，而零件P_Se(i-1)的装配尚未完成，则零件P_Sei将会产生库存占用；零件P_i的库存占用时间由下式得出：

En_i＝max(Sa_i-Ep_i,0) (9)

在式(9)的基础上，用式(2)求出生产过程中零件的总库存时间，然后求出目标函数F₂的值；

S12、建立约束条件：

同一时间，只能加工一个零件的一道工序，得到：

A为任意正整数；表示零件P_i的第j₁道工序的加工时间；

为布林变量：

同一时间，一台机器只能加工一道工序，得到：

表示在机器M_k上零件的第j₁道工序的完工时间；表示在机器M_k上零件第j₁道工序的加工时间；

表示布林变量：

同一时间，一道工序只能在一台机器上加工，得到：

零件P_i的第j道工序的完工时间应早于零件P_i的第(j+1)道工序的开始时间，得到：

零件P_i的装配操作必须在零件P_i的所有工序加工完成后才能开始，得到：

在给定装配序列S:{Se₁,Se₂,…,Sei,…,Sen}下，当零件P_Se(i-1)装配完成后,零件P_Sei才能开始装配，得到：

S13、从干涉矩阵中分析得出装配干涉次数以及给定装配序列中装配方向、操作和工具的变化次数；

S2、针对离散制造车间调度与装配序列规划方案，提出一种混合染色体编码方法，并通过NSGA-Ⅱ算法进行求解；具体包括以下内容：

S21、设计一种混合染色体编码机制：混合染色体编码结构包括加工序列和装配序列两部分；在染色体的加工序列部分，每个处理操作都被编码为染色体的一个基因；对于包含n个零件的产品，并且零件P_i具有O_i道工序，零件P_i将根据加工序列在染色体中出现O_i次；在染色体的装配序列部分，每个零件都被编码为染色体的一个基因，染色体中的零件顺序代表产品的装配顺序；

S22、进行选择操作：根据个体的等级和拥挤距离进行选择操作；

S23、进行交叉操作：由于混合染色体中两个片段具有不同的特征，分别对这两个染色体片段进行交叉操作；

S24、进行变异操作；

S3、根据决策者对目标的偏好，对非支配解集进行决策选择；具体包括以下内容：在求得一组满足IJSSASP问题的非支配解集之后，需要对这一组解集进行决策选择，选择出更加符合生产需要的一个解；根据隶属度和方差加权和的方式对所求得的非支配解进行选择的思想，得出一个较优解：

其中，U^k是决策计算后的第k个非支配解的值，μ是非支配解的个数，N_obj是目标的个数，是第k个非支配解的第i个目标的值，第j个非支配解的第i个目标的值，α_i是目标的权重；F_i为非支配解第i个目标的值，F_i^max和F_i^min分别为非支配解第i个目标的最大值和最小值，U_i根据公式(16)计算得到；最后，通过比较U_k值，选择U_k值最大的解。