[发明专利]一种有限运输条件下柔性作业车间调度的编码与解码方法

说明书

本发明公开了一种考虑有限运输条件下柔性作业车间调度的编码与解码方法，该方法中包括两个方面分别是具有运输冗余的三层编码方式和具有校验与前插机制的解码策略。在编码方式中设计了由工序排序基因串、加工设备选择基因串以及具有冗余的运输设备选择基因串组成的三层染色体编码。在解码策略中有三个部分，分别为对运输设备选择基因串的校验阶段，三层编码转换成两层编码的重组阶段和为了提高在该编码下调度完工时间的前插阶段。本发明为有限运输条件下柔性作业车间调度问题提供了一种编码与解码的方法，通过运用该方法有效的解决了调度中工序排序、加工设备选择以及运输设备选择的问题。

技术领域

本发明涉及生产车间的调度技术，尤其在有限运输条件下针对柔性作业车间生产调度的一种编码与解码方法，属于先进制造控制与调度技术领域。

背景技术

柔性作业车间调度问题广泛存在于离散加工车间中，是面向多品种、小批量柔性排产的最有效的方法之一。目前大多数柔性作业车间调度的问题聚焦于加工阶段，对加工阶段的前期准备以及后期调整阶段的影响已有研究，然而对于运输阶段仅仅将运输时间作为调度过程的影响因素。在工艺过程复杂、多工序并行的混合生产车间中，具有多种加工设备与多台运输设备，运输过程将对生产过程以及生产效率带来严重的影响。

柔性作业车间是一种典型混合作业车间生产模式，在该模式中，工件的工序可以被不同设备进行加工，不同设备加工同一个工序时，当设备的加工能力不同时，所需要的加工时间也不同。因此在该生产模式下，不仅仅需要解决传统调度上的工序排序问题，还需要解决每道工序的加工设备选择问题，除此之外，在有限运输条件下，还需要对每道工序解决运输设备的选择问题，以及运输设备与加工设备之间的关联问题。有限运输条件包括运输前的准备过程、运输后的调整过程以及多台运输设备的选择，这些运输因素对于加工过程具有强制性的约束限制，增加了生产调度的难度，严重影响生产效率。因此，研究有限运输阶段与加工阶段相结合的调度技术，对于柔性作业车间调度是十分有意义的，对于生产调度技术应用在实际制造过程中也是十分有价值的。

发明内容

本发明设计了一种考虑有限运输条件下柔性作业车间调度的编码与解码方法，该方法中包括两个方面分别是具有运输冗余的编码方式和具有校验与前插机制的解码策略。基于该编码与解码策略，可以采用遗传算法等启发式方法，对有限运输条件下柔性作业车间调度问题实现生产排产与优化计算。这种编码方式可以解决调度问题的基本需求：工序排序、加工设备选择以及运输设备选择，除此之外，提高了染色体进行交叉以及变异操作的可操作性。该编码与解码的方法分为两个部分，分别为：具有运输冗余的三层编码过程和具有校验与前插机制的解码过程，具体如下：

1.具有运输冗余的三层编码过程

在考虑有限运输条件下柔性作业车间调度问题的染色体编码设计中，需要解决两个问题：工序排序与设备选择，由于有限运输条件的约束，对于设备选择不仅要解决加工设备选择的问题，还需要解决运输设备选择的问题，因此设计了由工序排序、加工设备选择以及运输设备选择的三层染色体编码，分别为：工序排序的基因串(以OS表示)；加工设备选择的基因串(以MS表示)；具有冗余的运输设备选择的基因串(以TS表示)。

工序排序的基因串：以3个工件为例介绍工序编码方式，三个工件的工序数依次为4，1，3。则按照工序总数生成序列1-1-1-1-2-3-3-3，然后随机排序生成OS(1-2-3-3-1-3-1-1)。其中内部数字表示工件号，同一个数字出现的次数表示该数字代表工件的工序号，如工序基因串第一个位置为1，且数字1是第从左往右第一个，则表示工件1的第1道工序O₁₁，工序基因串第五个位置为1，且数字1是第从左往右第2个，则表示工件1的第2道工序O₁₂。因此，工序基因串OS(1-2-3-3-1-3-1-1)表示一共有3个工件8道工序，这8道工序的加工顺序为O₁₁-O₂₁-O₃₁-O₃₂-O₁₂-O₃₃-O₁₃-O₁₄。