[发明专利]一种面向多机协作加工车间的制造资源重构调度方法及系统

说明书

本发明公开了一种面向多机协作加工车间的制造资源重构调度方法及系统，通过建立多机协同重构调度数学优化模型，得到单元资源重构和调度排序方案；计算每个调度排序方案中的评价指标；根据评价指标生成加工任务的最优重构调度方案。该方法同时考虑制造单元结构调整与任务调度，提高了加工任务与单元结构之间的匹配度，降低了加工方案的成本，设计三层编码方式以及适用于重构调度的分层搜索策略，并利用改进灰狼算法对模型进行求解，为企业决策提供了理论依据，构建重构调度评价指标，以生产任务跨单元加工次数、重构成本、最大完工时间以及总加工时间为评价优化指标，验证了提出的多机协同重构调度模型的有效性。

技术领域

本发明涉及制造资源的优化配置技术领域，特别是一种面向多机协作加工车间的制造资源重构调度方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，市场需求的不断变化，新产品和个性化产品的不断推出，要求短时间内批量生产，企业需要具备快速调整生产系统结构以兼顾效率和柔性，应对产品加工要求的变化。因此，如何快速、高效地应对不断变化的生产要求，发展一种新的制造模式，是现代制造业面临的巨大挑战。

可重构制造系统(Reconfigurable ManufacturingSystem，RMS)在这样的背景下应运而生，RMS的核心思想是以低廉的成本完成制造系统的迅速调整与重组，以改变生产系统的功能和加工能力。可重构制造单元(Reconfigurable manufacturing cell,RMC)是RMS的重要组成部分，RMC是将相似操作划分为产品族，并将相似加工资源组成一个加工单元进行产品的加工，其根据市场需求变化或者某一阶段的生产任务变化为工艺相似性的加工任务选择加工资源形成新的制造单元，以此来满足产品的快速、低成本、高效率加工要求，实现制造资源面向生产任务的动态组合优化。由于RMC是一个有组织的、集中的加工过程，有利于提高生产效率、降低加工成本，因此许多RMS采用RMC的方式进行重构生产，除此之外，RMC可以有效的降低人工成本、材料的搬运成本以及零部件的转移成本等。

可重构制造单元是制造单元的高级发展阶段，相比于其他制造单元具有较强的可重构性、敏捷性以及柔性。

生产调度是企业生产制造中的核心问题，对企业加工效率、产品质量客户满意度以及经济利益的提升、对制造业的发展及智能制造战略的实施具有重大意义。而传统的调度仅考虑单机单工序加工模式，然而多机协同加工广泛存在于生产环境中，如焊接领域、蓝光检测领域、装配领域等。因此研究多机协同调度问题有助于提升相关企业的任务管理与规划。

在以往的可重构研究中，一般资源调整与任务调度脱节，导致最终的加工方案达不到最优，从而影响加工成本以及加工效率。RMS是由Koren等人首次提出的一种先进的制造系统，其通过改变制造系统的结构和位置来调整生产能力，以应对市场的不确定和突然的需求变化。Renzi等人通过对其关键技术的分析，得出了RMS是一种非常关键的制造方法，它在降低成本和提升效率方面具有明显的优势。RMS具有一些关键特性，包括customization,convertibility,scalability,modularity,integrability以及diagnosability,是确保RMS高度可重构性的基础。

大量学者深入的研究了RMS，Koren等人研究了RMS的设计方法，其中定义了RMS的主要特点及其设计原则。Bernd等人考虑了可重构机床的发展潜力，研究了机床容量调节控制方法。Paolo等人开发了一种RMS可重构决策方法，并给出了一个仿真环境来评估所提出的方法。Xia等人提出了一种新的可重构结构动态维护策略，即可诊断性，以快速响应各种系统级重构，有效的实现了RMS的快速响应和成本效益。Bychkov等人使用混合整数线性规划模型研究了一个可用于求解可变加工单元的有效精确模型。Elbenani等人提出了将遗传算法与邻域搜索相结合用来解决可重构制造单元构建问题。Yong等人使用相似性系数方法用来构建制造单元。

发明内容