一種流水車間重調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種流水車間重調(diào)度方法，屬于車間調(diào)度【技術(shù)領(lǐng)域】，包括實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前流水車間的突發(fā)事件、重調(diào)度工件、機(jī)器可用時(shí)刻和正加工工序完工時(shí)刻；針對(duì)不同突發(fā)事件對(duì)已開(kāi)工工序和未開(kāi)工工序進(jìn)行分組；確定流水車間重調(diào)度目標(biāo)及約束條件；采用遷徙鳥(niǎo)群優(yōu)化方法生成流水車間重調(diào)度方案；將流水車間重調(diào)度方案下發(fā)到流水車間各工序進(jìn)行重調(diào)度。本發(fā)明將遷徙鳥(niǎo)群算法用于流水車間重調(diào)度問(wèn)題，考慮多種突發(fā)事件，保證在突發(fā)事件之間快速反應(yīng)；采用插入或交換的鄰域搜索機(jī)制，有效確保重調(diào)度方案在兩個(gè)突發(fā)事件間及時(shí)處理；不斷傳遞搜索信息到后續(xù)遷徙鳥(niǎo)，不斷調(diào)換領(lǐng)頭鳥(niǎo)，可以確保調(diào)度方案的多樣性和穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】一種流水車間重調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車間調(diào)度【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種流水車間重調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002]流水車間調(diào)度問(wèn)題是一種車間調(diào)度問(wèn)題，廣泛存在于各種生產(chǎn)過(guò)程中，如煉鋼連鑄、紡織加工等。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)流水車間調(diào)度的靜態(tài)調(diào)度問(wèn)題已經(jīng)開(kāi)展了大量研究，取得了廣泛的研究成果并得以在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用。然而，現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境往往是不確定的，存在多種突發(fā)事件，如工件隨機(jī)到達(dá)、工件隨機(jī)撤銷、工件加工時(shí)間變化、設(shè)備隨機(jī)故障等。因而，流水車間重調(diào)度問(wèn)題相對(duì)靜態(tài)調(diào)度問(wèn)題更符合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，已成為生產(chǎn)調(diào)度研究中的熱點(diǎn)之一，對(duì)于實(shí)際車間作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度具有重要的應(yīng)用價(jià)值。如何綜合考慮各種突發(fā)事件，科學(xué)地制訂流水車間調(diào)度方案，對(duì)于縮短產(chǎn)品加工周期和提高企業(yè)生產(chǎn)率起著至關(guān)重要的作用。
[0003]流水車間重調(diào)度技術(shù)的研究最初主要應(yīng)用啟發(fā)式規(guī)則、整數(shù)規(guī)劃等方法。這些方法的特點(diǎn)是規(guī)則明了，容易實(shí)現(xiàn)，但由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的不確定以及隨機(jī)因素太多，上述方法無(wú)法綜合考慮各種突發(fā)事件，與實(shí)際應(yīng)用有較大差距。近年來(lái)，隨著計(jì)算智能方法的發(fā)展，許多智能優(yōu)化方法被應(yīng)用于求解流水車間調(diào)度問(wèn)題中，如禁忌搜索、模擬退火、粒子群優(yōu)化、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、元啟發(fā)式算法、專家系統(tǒng)和多Agent技術(shù)等方法，上述算法往往或由于收斂能力不足，或由于無(wú)法求解大規(guī)模問(wèn)題，或由于無(wú)法跳出局部最優(yōu)等原因，而不能應(yīng)用于求解綜合考慮多種突發(fā)事件的流水車間重調(diào)度問(wèn)題。
[0004]遷徙鳥(niǎo)群算法(MigratingBirds Optimization, MB0)是 Duman 等于 2012 年提出的一種新的群智能算法，起初為了有效地解決二次指派等組合優(yōu)化問(wèn)題。其基本思想如下:
[0005](I)根據(jù)候鳥(niǎo)遷徙過(guò)程中采用“V”型隊(duì)列的飛行原理，MBO采用“V”型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組織搜索過(guò)程中的一群個(gè)體(即問(wèn)題的解)。
[0006](2)從初始種群出發(fā)，每個(gè)個(gè)體不但搜索自身的鄰域，而且可以從它前面的個(gè)體那兒得到有用信息。這樣，有用信息從“V”型頂點(diǎn)上的個(gè)體開(kāi)始依次向后傳遞。
[0007](3)正如遷徙鳥(niǎo)群飛行一段時(shí)間后就要更換領(lǐng)頭鳥(niǎo)一樣，經(jīng)過(guò)若干次搜索迭代，MBO更換排在“V”型頂點(diǎn)上的個(gè)體。信息從新的“V”型頂點(diǎn)開(kāi)始向后傳遞。這樣就保證了群體的多樣性，防止MBO停滯不前，不斷地向全局優(yōu)解方向逼近。通過(guò)有用信息的單向傳遞機(jī)制，使群體中好解的信息傳遞給其它解，就加快了 MBO的收斂速度。
[0008](4)MB0采用離散決策變量編碼，利用針對(duì)離散編碼的鄰域搜索機(jī)制和信息傳遞機(jī)制產(chǎn)生新解，這樣MBO就具有離散本質(zhì)，更適合于組合優(yōu)化問(wèn)題的求解。Duman等的研究表明，針對(duì)二次指派問(wèn)題，MBO算法得到了當(dāng)前較好研究結(jié)果。
[0009]綜合考慮多種突發(fā)事件，包括工件隨機(jī)到達(dá)、工件隨機(jī)撤銷、工件加工時(shí)間變化、設(shè)備隨機(jī)故障等，結(jié)合煉鋼連鑄生產(chǎn)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)基于遷徙鳥(niǎo)群優(yōu)化算法的流水車間重調(diào)度方法能為準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)提供有價(jià)值的重調(diào)度方案，可充分發(fā)揮設(shè)備利用率，降低設(shè)備空 閑時(shí)間，防止工件溫度變化，提高生產(chǎn)能力，為實(shí)際車間生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度提供決策依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種流水車間重調(diào)度方法。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0012]一種流水車間重調(diào)度方法，包括以下步驟:
[0013]步驟1:實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前流水車間的突發(fā)事件、重調(diào)度工件、機(jī)器可用時(shí)刻和正加工工序完工時(shí)刻；
[0014]所述突發(fā)事件包括工件隨機(jī)到達(dá)、工件隨機(jī)撤銷、工件加工時(shí)間變化和設(shè)備隨機(jī)
故障；
[0015]所述重調(diào)度工件包括待加工工件和新插入工件；
[0016]所述機(jī)器可用時(shí)刻為重調(diào)度時(shí)刻的空閑機(jī)器可獲得時(shí)刻，或者忙碌機(jī)器/故障機(jī)器正加工工件的完工時(shí)刻；
[0017]所述正加工工序完工時(shí)刻為非故障機(jī)器的原計(jì)劃完工時(shí)刻或故障機(jī)器的重調(diào)度時(shí)刻；
[0018]步驟2:針對(duì)不同突發(fā)事件，對(duì)已開(kāi)工工序和未開(kāi)工工序進(jìn)行分組:若突發(fā)事件為工件隨機(jī)到達(dá)，則保持已經(jīng)在第一個(gè)機(jī)床上開(kāi)工的工序的原調(diào)度順序，對(duì)未開(kāi)工工序和新加入的工件執(zhí)行步驟3 ;若突發(fā)事件為工件隨機(jī)撤銷，則保持已經(jīng)在第一個(gè)機(jī)床上開(kāi)工的工序的原調(diào)度順序，在刪除該撤銷工件后對(duì)未開(kāi)工工序執(zhí)行步驟3 ;若突發(fā)事件為工件加工時(shí)間變化，則計(jì)算受突發(fā)事件影響的正加工工序的完工時(shí)刻，執(zhí)行步驟3 ;若突發(fā)事件為設(shè)備隨機(jī)故障，則計(jì)算受突發(fā)事件影響的機(jī)床的可用時(shí)刻，執(zhí)行步驟3 ；
[0019]步驟3:確定流水車間重調(diào)度目標(biāo)及約束條件:以最小化最大完工時(shí)間和最小化開(kāi)工時(shí)間變化的工件數(shù)量為目標(biāo)建立流水車間重調(diào)度目標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)的約束條件包括:
[0020]工件的完工時(shí)間約束:重調(diào)度下工件在機(jī)床上加工的完工時(shí)間不小于重調(diào)度下工件在機(jī)床上加工的開(kāi)工時(shí)間、重調(diào)度下工件在機(jī)床上加工的時(shí)間及機(jī)床故障時(shí)間之和；
[0021]工件的開(kāi)工時(shí)間約束:重調(diào)度條件下工件的開(kāi)工時(shí)間不小于其釋放時(shí)間；
[0022]機(jī)床的加工次序約束:重調(diào)度條件下，在同一個(gè)機(jī)床上加工的緊鄰兩個(gè)工件不能出現(xiàn)重疊加工現(xiàn)象；
[0023]工件的加工次序約束:重調(diào)度條件下，同一個(gè)工件在緊鄰兩個(gè)流水線上加工的次序關(guān)系，即工件在下一個(gè)流水線的開(kāi)工時(shí)間不小于其在上一個(gè)流水線的完工時(shí)間；
[0024]步驟4:針對(duì)流水車間重調(diào)度目標(biāo)及約束條件，采用遷徙鳥(niǎo)群優(yōu)化方法生成流水車間重調(diào)度方案；
[0025]步驟4.1:按照原調(diào)度計(jì)劃產(chǎn)生一個(gè)遷徙鳥(niǎo)，并加入遷徙鳥(niǎo)群，循環(huán)隨機(jī)若干個(gè)初始遷徙鳥(niǎo)加入遷徙鳥(niǎo)群；
[0026]步驟4.2:對(duì)每個(gè)遷徙鳥(niǎo)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值，選擇遷徙鳥(niǎo)群中目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)的遷徙鳥(niǎo)作為領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)，其余遷徙鳥(niǎo)隨機(jī)按照V形排列；
[0027]步驟4.3:設(shè)置遷徙鳥(niǎo)群最大迭代次數(shù)和每只領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)帶領(lǐng)遷徙鳥(niǎo)群的最大迭代次數(shù)；
[0028]步驟4.4:采用插入或交換的鄰域搜索機(jī)制對(duì)領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)進(jìn)行局部搜索，得到若干隨機(jī)鄰域解，將這些解按照目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行升序排列，選取目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)的鄰域解更新當(dāng)如領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)；
[0029]步驟4.5:對(duì)領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)選擇若干個(gè)未使用的隨機(jī)鄰域解，傳遞給V形隊(duì)列左右兩邊第一個(gè)遷徙鳥(niǎo)；
[0030]步驟4.6:對(duì)于遷徙鳥(niǎo)群中非領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)隨機(jī)產(chǎn)生若干鄰域解，并將這些領(lǐng)域解與該遷徙鳥(niǎo)的上層遷徙鳥(niǎo)所傳遞的領(lǐng)域解按照目標(biāo)函數(shù)值升序排列，選取目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)的鄰域解更新當(dāng)前遷徙鳥(niǎo)；
[0031]步驟4.7:對(duì)遷徙鳥(niǎo)群中非領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)選擇若干個(gè)未使用的隨機(jī)鄰域解，傳遞給V形隊(duì)列的下一層遷徙鳥(niǎo)；
[0032]步驟4.8:當(dāng)達(dá)到每只領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)帶領(lǐng)遷徙鳥(niǎo)群的最大迭代次數(shù)時(shí)，更換領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo):調(diào)整領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)到V形隊(duì)列最后位置，將V形隊(duì)列中第一個(gè)遷徙鳥(niǎo)設(shè)置為領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)；
[0033]步驟4.9:判斷是否滿足遷徙鳥(niǎo)群最大迭代次數(shù)，若不滿足，則進(jìn)行下一次迭代；否則，在當(dāng)前的遷徙鳥(niǎo)群中選取目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)的遷徙鳥(niǎo)，作為流水車間重調(diào)度方案；
[0034]步驟5:將流水車間重調(diào)度方案下發(fā)到流水車間各工序進(jìn)行重調(diào)度。
[0035]有益效果:
[0036](I)本發(fā)明將遷徙鳥(niǎo)群算法用于流水車間重調(diào)度問(wèn)題，綜合考慮多種突發(fā)事件，保證在突發(fā)事件之間完成快速反應(yīng)；在重調(diào)度過(guò)程中，采用插入或交換的鄰域搜索機(jī)制，可以有效確保重調(diào)度方案在兩個(gè)突發(fā)事件之間及時(shí)處理;MB0通過(guò)不斷傳遞搜索信息到后續(xù)遷徙鳥(niǎo)，可以有效提高性能；通過(guò)不斷調(diào)換領(lǐng)頭鳥(niǎo)，可以確保調(diào)度方案的多樣性和穩(wěn)定性。
[0037](2)本發(fā)明提供了雙目標(biāo)優(yōu)化機(jī)制，最小化最大完工時(shí)間可以盡可能提高調(diào)度方案的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高設(shè)備利用率。最小化工件變化數(shù)目，可以有效提高調(diào)度方案相比原計(jì)劃的魯棒性，降低變化帶來(lái)的不確定性。上述目標(biāo)對(duì)實(shí)際車間作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度具有較高的指導(dǎo)性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的流水車間重調(diào)度方法流程圖；
[0039]圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的采用遷徙鳥(niǎo)群優(yōu)化方法生成流水車間重調(diào)度方案流程圖；
[0040]圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的原計(jì)劃調(diào)度結(jié)果甘特圖；
[0041]圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的重調(diào)度結(jié)果甘特圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0043]本實(shí)施方式是將流水車間重調(diào)度方法應(yīng)用到煉鋼連鑄生產(chǎn)流水車間中，該車間生產(chǎn)5個(gè)工件，有3臺(tái)機(jī)床，加工時(shí)間如表I所示，其中，工件為J1?J5,機(jī)床為M1?M3,突發(fā)事件是在第10分鐘時(shí)刻，機(jī)床M1上發(fā)生故障，需要修理10分鐘。
[0044]表I加工時(shí)間表
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種流水車間重調(diào)度方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前流水車間的突發(fā)事件、重調(diào)度工件、機(jī)器可用時(shí)刻和正加工工序完工時(shí)刻； 所述突發(fā)事件包括工件隨機(jī)到達(dá)、工件隨機(jī)撤銷、工件加工時(shí)間變化和設(shè)備隨機(jī)故障； 所述重調(diào)度工件包括待加工工件和新插入工件； 所述機(jī)器可用時(shí)刻為重調(diào)度時(shí)刻的空閑機(jī)器可獲得時(shí)刻，或者忙碌機(jī)器/故障機(jī)器正加工工件的完工時(shí)刻； 所述正加工工序完工時(shí)刻為 非故障機(jī)器的原計(jì)劃完工時(shí)刻或故障機(jī)器的重調(diào)度時(shí)刻； 步驟2:針對(duì)不同突發(fā)事件，對(duì)已開(kāi)工工序和未開(kāi)工工序進(jìn)行分組:若突發(fā)事件為工件隨機(jī)到達(dá)，則保持已經(jīng)在第一個(gè)機(jī)床上開(kāi)工的工序的原調(diào)度順序，對(duì)未開(kāi)工工序和新加入的工件執(zhí)行步驟3 ;若突發(fā)事件為工件隨機(jī)撤銷，則保持已經(jīng)在第一個(gè)機(jī)床上開(kāi)工的工序的原調(diào)度順序，在刪除該撤銷工件后對(duì)未開(kāi)工工序執(zhí)行步驟3 ;若突發(fā)事件為工件加工時(shí)間變化，則計(jì)算受突發(fā)事件影響的正加工工序的完工時(shí)刻，執(zhí)行步驟3 ;若突發(fā)事件為設(shè)備隨機(jī)故障，則計(jì)算受突發(fā)事件影響的機(jī)床的可用時(shí)刻，執(zhí)行步驟3 ； 步驟3:確定流水車間重調(diào)度目標(biāo)及約束條件:以最小化最大完工時(shí)間和最小化開(kāi)工時(shí)間變化的工件數(shù)量為目標(biāo)建立流水車間重調(diào)度目標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)的約束條件包括: 工件的完工時(shí)間約束:重調(diào)度下工件在機(jī)床上加工的完工時(shí)間不小于重調(diào)度下工件在機(jī)床上加工的開(kāi)工時(shí)間、重調(diào)度下工件在機(jī)床上加工的時(shí)間及機(jī)床故障時(shí)間之和； 工件的開(kāi)工時(shí)間約束:重調(diào)度條件下工件的開(kāi)工時(shí)間不小于其釋放時(shí)間； 機(jī)床的加工次序約束:重調(diào)度條件下，在同一個(gè)機(jī)床上加工的緊鄰兩個(gè)工件不能出現(xiàn)重疊加工現(xiàn)象； 工件的加工次序約束:重調(diào)度條件下，同一個(gè)工件在緊鄰兩個(gè)流水線上加工的次序關(guān)系，即工件在下一個(gè)流水線的開(kāi)工時(shí)間不小于其在上一個(gè)流水線的完工時(shí)間； 步驟4:針對(duì)流水車間重調(diào)度目標(biāo)及約束條件，采用遷徙鳥(niǎo)群優(yōu)化方法生成流水車間重調(diào)度方案； 步驟4.1:按照原調(diào)度計(jì)劃產(chǎn)生一個(gè)遷徙鳥(niǎo)，并加入遷徙鳥(niǎo)群，循環(huán)隨機(jī)若干個(gè)初始遷徙鳥(niǎo)加入遷徙鳥(niǎo)群； 步驟4.2:對(duì)每個(gè)遷徙鳥(niǎo)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值，選擇遷徙鳥(niǎo)群中目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)的遷徙鳥(niǎo)作為領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)，其余遷徙鳥(niǎo)隨機(jī)按照V形排列； 步驟4.3:設(shè)置遷徙鳥(niǎo)群最大迭代次數(shù)和每只領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)帶領(lǐng)遷徙鳥(niǎo)群的最大迭代次數(shù)； 步驟4.4:采用插入或交換的鄰域搜索機(jī)制對(duì)領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)進(jìn)行局部搜索，得到若干隨機(jī)鄰域解，將這些解按照目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行升序排列，選取目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)的鄰域解更新當(dāng)如領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)； 步驟4.5:對(duì)領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)選擇若干個(gè)未使用的隨機(jī)鄰域解，傳遞給V形隊(duì)列左右兩邊第一個(gè)遷徙鳥(niǎo)； 步驟4.6:對(duì)于遷徙鳥(niǎo)群中非領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)隨機(jī)產(chǎn)生若干鄰域解，并將這些領(lǐng)域解與該遷徙鳥(niǎo)的上層遷徙鳥(niǎo)所傳遞的領(lǐng)域解按照目標(biāo)函數(shù)值升序排列，選取目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)的鄰域解更新當(dāng)前遷徙鳥(niǎo)； 步驟4.7:對(duì)遷徙鳥(niǎo)群中非領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)選擇若干個(gè)未使用的隨機(jī)鄰域解，傳遞給V形隊(duì)列的下一層遷徙鳥(niǎo)； 步驟4.8:當(dāng)達(dá)到每只領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)帶領(lǐng)遷徙鳥(niǎo)群的最大迭代次數(shù)時(shí)，更換領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo):調(diào)整領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)到V形隊(duì)列最后位置，將V形隊(duì)列中第一個(gè)遷徙鳥(niǎo)設(shè)置為領(lǐng)頭遷徙鳥(niǎo)；步驟4.9:判斷是否滿足遷徙鳥(niǎo)群最大迭代次數(shù)，若不滿足，則進(jìn)行下一次迭代；否則，在當(dāng)前的遷徙鳥(niǎo)群中選取目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)的遷徙鳥(niǎo)，作為流水車間重調(diào)度方案； 步驟5:將流水車間重調(diào)度方案下`發(fā)到流水車間各工序進(jìn)行重調(diào)度。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK103676902SQ201310719111
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】潘全科, 李俊青, 毛坤 申請(qǐng)人:東北大學(xué)