基于加工時(shí)間等級(jí)的柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度機(jī)器選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于加工時(shí)間等級(jí)的柔性作 業(yè)車(chē)間調(diào)度機(jī)器選擇方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度問(wèn)題是傳統(tǒng)作業(yè)車(chē)間調(diào)度問(wèn)題的延伸，每道工序有多臺(tái)不同的 機(jī)器可供選擇，更加符合以數(shù)控機(jī)床或加工中心為基礎(chǔ)的實(shí)際車(chē)間生產(chǎn)情況，其研究具有 重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度包括機(jī)器選擇和工序排序兩個(gè)子問(wèn)題，其 中，機(jī)器選擇的合理性對(duì)于工序調(diào)度的最終結(jié)果有重要的影響，機(jī)器選擇是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量工 序排序優(yōu)化的前提和基礎(chǔ)。目前，文獻(xiàn)中大部分FJSP求解算法一般采用的是隨機(jī)的機(jī)器選 擇方式，不能夠保證初始解的質(zhì)量，因而導(dǎo)致算法的尋優(yōu)效率和搜索能力低。針對(duì)機(jī)器選擇 問(wèn)題，文南犬 "Approach by localization and multiobjective evolutionary optimization for flexible job-shop scheduling problems，IEEE Transactions on Systems,Man and Cybernetics,Part C：Applications and Reviews,2002,vol32(l) ,pl-13"在考慮機(jī)器負(fù)荷均衡性的條件下，公開(kāi)了一種有效的機(jī)器選擇方法，在為工序選擇機(jī)器 時(shí)，選擇累加負(fù)荷小的機(jī)器。但是，該方法基于對(duì)所有剩余工序的加工時(shí)間表進(jìn)行操作，增 加了機(jī)器選擇過(guò)程的復(fù)雜性，對(duì)于不同類型的柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度問(wèn)題，需設(shè)置額外參數(shù)，進(jìn) 行車(chē)專化。文南犬"An effective genetic algorithm for the flexible job-shop scheduling problem,Expert Systems with Applications，2011，vol38(4)，p3563_3573" 公開(kāi)了一種全局選擇與局部選擇相結(jié)合的機(jī)器選擇方法，全局選擇機(jī)器負(fù)荷的均衡性較 好，局部選擇所選擇的機(jī)器具有更短的加工時(shí)間；與上述機(jī)器選擇方法相比，該方法定義了 專門(mén)的機(jī)器負(fù)荷累加數(shù)組，減小了機(jī)器選擇過(guò)程的復(fù)雜性，同時(shí)，對(duì)于不同類型的柔性作業(yè) 車(chē)間調(diào)度問(wèn)題，無(wú)需設(shè)置額外參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)"基于極限調(diào)度完工時(shí)間最 小化的機(jī)器選擇及FJSP求解，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2014，vol20(4)，p854-865"進(jìn)一步提出 一種基于極限調(diào)度完工時(shí)間最小化的機(jī)器選擇初始化方法，一方面通過(guò)在工件的工序集合 中隨機(jī)選擇工序擴(kuò)大了機(jī)器選擇空間，另一方面通過(guò)改進(jìn)工序選擇機(jī)器的具體方法步驟， 在比較機(jī)器負(fù)荷的基礎(chǔ)上，再比較機(jī)器加工時(shí)間，進(jìn)一步提高了機(jī)器選擇質(zhì)量。然而，該方 法在滿足機(jī)器負(fù)荷均衡的條件下，仍然不能最大限度的為工序選擇加工時(shí)間短的機(jī)器，從 而導(dǎo)致機(jī)器負(fù)荷和工件總工時(shí)增加，進(jìn)而制約著工序排序最終的調(diào)度結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 要解決的技術(shù)問(wèn)題 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，在滿足機(jī)器負(fù)荷均衡的條件下，能夠最大限度的為工序 選擇加工時(shí)間短的機(jī)器，本發(fā)明提出了一種基于加工時(shí)間等級(jí)的柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度機(jī)器選 擇方法。
[0004] 技術(shù)方案 本發(fā)明對(duì)每道工序的可選機(jī)器，根據(jù)加工時(shí)間大小進(jìn)行等級(jí)劃分，加工時(shí)間越小的機(jī) 器具有的優(yōu)先等級(jí)越高。為某道工序選擇機(jī)器時(shí)，初置優(yōu)先選擇的機(jī)器等級(jí)為最高。在可選 機(jī)器集中，選擇加工時(shí)間等級(jí)為設(shè)定等級(jí)的機(jī)器組成優(yōu)先等級(jí)機(jī)器集合，選擇臨時(shí)負(fù)荷最 小的機(jī)器組成最小負(fù)荷機(jī)器集合，計(jì)算該兩個(gè)集合的交集。如果交集不為空，在交集中任選 一臺(tái)機(jī)器，否則對(duì)下一工序查找機(jī)器。如果遍歷完所有剩余工序的機(jī)器交集仍為空，則將優(yōu) 先選擇的機(jī)器等級(jí)降低一級(jí)，直到交集不為空。通過(guò)對(duì)所有工序的隨機(jī)排列，可以求得多種 不同的機(jī)器選擇方案。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為： 所述一種基于加工時(shí)間等級(jí)的柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度機(jī)器選擇方法，其特征在于:采用以 下步驟： 步驟1:讀取問(wèn)題數(shù)據(jù)，初始化機(jī)器數(shù)目MachNum、機(jī)器集合Machine {}、所有工序組成的 工序集合A1 lOperation{}、所有的工序數(shù)目Length、加工時(shí)間數(shù)組ProcTime()，設(shè)置一個(gè)機(jī) 器負(fù)荷數(shù)組MachLoad(MachNum); 步驟2:根據(jù)加工時(shí)間數(shù)組ProcTime 〇每道工序可選機(jī)器加工時(shí)間的大小，給加工時(shí)間 等級(jí)數(shù)組ProcTimeRank()賦值； 步驟3:初始化機(jī)器負(fù)荷數(shù)組MachLoadO，每一個(gè)元素值為0; 步驟4:對(duì)工序集合AllOperationU的元素進(jìn)行隨機(jī)排列，目的在于求得多種不同的機(jī) 器選擇方案； 步驟5:設(shè)置已選擇機(jī)器的工序數(shù)目為i，并賦初值i=0; 步驟6:設(shè)置優(yōu)先選擇的機(jī)器等級(jí)rank初值，rank=l; 步驟7:設(shè)置工序集合AllOperationU中，工序的順序索引變量為j，從工序集合 AllOperationU的第1個(gè)元素開(kāi)始，查找尚未選擇機(jī)器的工序，直到找到未選擇機(jī)器的工 序，將該工序基于1的順序索引賦值給j ; 步驟8:從該工序的可選機(jī)器集中，選取加工時(shí)間等級(jí)為rank的機(jī)器，組成優(yōu)先等級(jí)機(jī) 器集合PreRankMach{}; 步驟9:將該工序可選機(jī)器的加工時(shí)間，與機(jī)器負(fù)荷數(shù)組MachLoad()對(duì)應(yīng)機(jī)器的已有負(fù) 荷相加，組成機(jī)器臨時(shí)負(fù)荷數(shù)組MachLoadTempO,從該數(shù)組中選擇臨時(shí)負(fù)荷最小的機(jī)器，組 成最小負(fù)荷機(jī)器集合LoadMinMachU ; 步驟10:對(duì)優(yōu)先等級(jí)機(jī)器集合PreRankMach {}和最小負(fù)荷機(jī)器集合LoadMinMach {}求交 集，記為4,4=?代1^1111^&1〇11{}門(mén)1^(11;[111&1011{}，如果4關(guān)4)，執(zhí)行步驟12;否則，執(zhí)行步驟11; 步驟11: j=j+Ι，如果j〈=Length，從工序集合A1 lOperation{}的第j個(gè)元素開(kāi)始，繼續(xù)查 找尚未選擇機(jī)器的工序，直到找到未選擇機(jī)器的工序，將該工序基于1的索引賦值給j，轉(zhuǎn)至 執(zhí)行步驟8;如果j>Length，rank=rank+l，轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟7; 步驟12:從交集A中，任選一臺(tái)機(jī)器，作為當(dāng)前工序的加工機(jī)器，將該機(jī)器的加工時(shí)間累 加到機(jī)器負(fù)荷數(shù)組MachLoad()的對(duì)應(yīng)元素上，更新機(jī)器負(fù)荷數(shù)組MachLoad()，i=i+l; 步驟13:重復(fù)執(zhí)行步驟6~12，直到i=Length，工序集合A1 lOperation {}的所有工序都選 擇完機(jī)器。
[0006] 有益效果 本發(fā)明采用基于加工時(shí)間等級(jí)的機(jī)器選擇方法，既能夠保證各臺(tái)機(jī)器負(fù)荷的均衡性， 又能夠?yàn)楣ば蜻x擇到加工時(shí)間盡可能短的機(jī)器，為柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度更進(jìn)一步的工序排序 優(yōu)化提供了基礎(chǔ)保障。同時(shí)，該方法可以廣泛應(yīng)用于各種智能算法，如遺傳算法、蟻群算法、 粒子群算法、人工蜂群算法等求解柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度的初始種群環(huán)節(jié)，進(jìn)而提高初始種群 的質(zhì)量，改善算法的搜索能力和效率。對(duì)于以數(shù)控機(jī)床或加工中心為基礎(chǔ)的實(shí)際柔性作業(yè) 車(chē)間生產(chǎn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)良好的生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化，提高車(chē)間生產(chǎn)效率，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1:本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的流程圖； 圖2:本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)過(guò)程； 圖3:本發(fā)明實(shí)施例的工序選擇順序及其對(duì)應(yīng)機(jī)器優(yōu)先等級(jí)設(shè)置。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明： 本發(fā)明基于加工時(shí)間等級(jí)的柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度機(jī)器選擇方法流程圖見(jiàn)附圖1。本實(shí)施 例以表1所示的2 X 6柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度問(wèn)題實(shí)例為例，其中包含2個(gè)工件和6臺(tái)機(jī)器，工序總 數(shù)目為7。
[0009] 表1，2X6柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度問(wèn)題實(shí)例
本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)過(guò)程如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的工序選擇順序及其對(duì)應(yīng)機(jī)器優(yōu) 先等級(jí)設(shè)置如圖3所示。所述一種基于加工時(shí)間等級(jí)的柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度機(jī)器選擇方法，其 特征在于:采用以下步驟： 步驟1:讀取如表1所示的2X6柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度問(wèn)題實(shí)例數(shù)據(jù)，初始化機(jī)器數(shù)目 MachNum=6、機(jī)器集合Machine {Mi，M2，M3，M4，Μδ，M6}、所有工序組成的工序集合Al 1 Operat ion {On，0i2，0i3，〇2i，〇22，〇23，Ο24}、所有的工序數(shù)目Length=7、加工時(shí)間數(shù)組ProcTime()，設(shè)置一 個(gè)機(jī)器負(fù)荷數(shù)組MachLoad(MachNum)。
[0010] 步驟2:根據(jù)加工時(shí)間數(shù)組ProcTime 〇每道工序可選機(jī)器加工時(shí)間的大小，給加工 時(shí)間等級(jí)數(shù)組ProcTimeRank()賦值，機(jī)器對(duì)工序的加工時(shí)間越小，機(jī)器的優(yōu)先等級(jí)越高，相 同加工時(shí)間的機(jī)器，具有相同的優(yōu)先等級(jí)，表2所示為2X6柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度問(wèn)題實(shí)例的機(jī) 器優(yōu)先等級(jí)設(shè)置。
[0011] 表2,2X6柔性作業(yè)車(chē)間調(diào)度問(wèn)題實(shí)例的機(jī)器優(yōu)先等級(jí)設(shè)置
步驟3:初始化機(jī)器負(fù)荷數(shù)組MachLoad()，每一個(gè)元素值為0，即為MachLoad(0，0，0，0， 0,0)〇
[0012] 步驟4:對(duì)工序集合六11(^抑1：；[011{011，012,013,021，022,023,024}的元素進(jìn)行隨機(jī)排 列，得到A1 lOperation{0i3，022，024，0i2，023，Oil，02i}，則工序選擇機(jī)器的順序?yàn)椋?13-022- 024-0l2-023-Oil-021，目的在于求得多種不同的機(jī)器選擇方案。
[0013]步驟5:設(shè)置已選擇機(jī)器的工序數(shù)目為i，并賦初值i=0。
[0014] 步驟6:設(shè)置優(yōu)先選擇的機(jī)器等級(jí)rank初值，rank=l。
[0015]步驟7:設(shè)置工序集合A1 lOperation {013，022，024，0i2，〇23，On，〇2i}中，工序的順序索 引變量為j，從工序集合六11(^瓜1：；[011{013,022,024,012,023,011，021}的第1個(gè)兀素開(kāi)始，查找 尚未選擇機(jī)器的工序，直到找到未選擇機(jī)器的工序，將該工序基于1的順序索引賦值給j，此 時(shí)，013尚未選擇機(jī)器，j = l。
[0016] 步驟8:從該工序013的可選機(jī)器集{11，13，14，1 5，16}中，選取加工時(shí)間等級(jí)為^1^ 的機(jī)器，組成優(yōu)先等級(jí)機(jī)器集合PreRankMach{Mi，M5，]\fe}。
[0017] 步驟9:將該工序可選機(jī)器的加工時(shí)間，與機(jī)器負(fù)荷數(shù)組MachLoad(0，0，0，0，0，0) 對(duì)應(yīng)機(jī)器的已有負(fù)荷相加，組成機(jī)器臨時(shí)負(fù)荷數(shù)組MachLoadTemp( 5，0,7,6,5,5)，從該數(shù)組 中選擇臨時(shí)負(fù)荷最小的機(jī)器，組成最小負(fù)荷機(jī)器集合LoadMinMacMMiUs}。
[0018] 步驟10:對(duì)優(yōu)先等級(jí)機(jī)器集合PreRankMachiM^M^Md和最小負(fù)荷機(jī)器集合 1^0已(1]\1；[11]\&〇11{]\11，]\15，]\ /[6}求交集，記為厶，厶=?代1^111<：]\&〇11{]\11，]\15，]/[6}|"11^0&(1]\1；[11]\^(311{]\11，]\15，]\ /[6} = {Μι，Μ5，Μ6}，如果A矣Φ，執(zhí)行步驟12;否則，執(zhí)行步驟11。
[0019] 步驟11: j=j+l，如果 j〈=Length，從工序集合A110peration{0i3，〇22，〇24,〇12,〇23， 〇n，〇21}的第j個(gè)元素開(kāi)始，繼續(xù)查找尚未選擇機(jī)器的工序，直到找到未選擇機(jī)器的工序，將 該工序基于1的索引賦值給」，轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟8 ;如果」>1^]^1:11，抑111^3111^+1，轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟 7〇
[0020] 步驟12:從交集A= {Mi，M5，M6}中，任選一臺(tái)機(jī)器此，作為當(dāng)前工序的加工機(jī)器，將該 機(jī)器M 5的加工時(shí)間5累加到機(jī)器負(fù)荷數(shù)組MachLoad (0,0,0,0,0,0)的對(duì)應(yīng)元素上，更新機(jī)器 負(fù)荷數(shù)組MachLoad(0,0,0,