基于大數(shù)據(jù)分析的計(jì)劃調(diào)度優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工程應(yīng)用領(lǐng)域，具體為一種基于大數(shù)據(jù)分析的計(jì)劃調(diào)度優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 計(jì)劃調(diào)度主要進(jìn)行資源優(yōu)化和計(jì)劃編排，并為計(jì)劃的執(zhí)行和控制提供指導(dǎo)。調(diào)度 優(yōu)化過(guò)程即尋找合理調(diào)度方案的過(guò)程，即對(duì)生產(chǎn)對(duì)象在不同的生產(chǎn)主體進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，如何 合理安排生產(chǎn)的匹配關(guān)系，以優(yōu)化生產(chǎn)進(jìn)程，在滿足現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，使生產(chǎn)收益最大化， 調(diào)度優(yōu)化直接控制生產(chǎn)的穩(wěn)定和有序執(zhí)行。良好的生產(chǎn)調(diào)度能夠預(yù)先解決生產(chǎn)及試驗(yàn)中的 干擾，縮短產(chǎn)品或項(xiàng)目在車間的流動(dòng)時(shí)間，減少在制品及在制項(xiàng)目數(shù)量，保證準(zhǔn)時(shí)交工。
[0003] 在工程應(yīng)用中，廣泛存在著計(jì)劃調(diào)度優(yōu)化的需求。例如，在試驗(yàn)檢測(cè)領(lǐng)域，檢測(cè)項(xiàng) 目的合理調(diào)度也影響著試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目的交工期，只有充分考慮試驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中的瓶頸因 素，如設(shè)備因素、人員因素、第三方要求因素等環(huán)節(jié)，才能更好的對(duì)試驗(yàn)檢測(cè)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)度 優(yōu)化，準(zhǔn)時(shí)交工。再如，在批量生產(chǎn)企業(yè)中，生產(chǎn)任務(wù)具有批次多、批量大、不確定性大等特 點(diǎn)，車間生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)資源瓶頸，例如發(fā)生設(shè)備使用沖突等情況。因此車間編制生產(chǎn) 計(jì)劃時(shí)必須對(duì)生產(chǎn)資源加以重點(diǎn)考慮，盡量避免產(chǎn)生資源的沖突，避免造成資源不足，從而 提高計(jì)劃可行性。對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備，車間更要做到計(jì)劃使用合理、設(shè)備利用充分的 目標(biāo)。同時(shí)，車間接收的生產(chǎn)任務(wù)類型復(fù)雜：生產(chǎn)任務(wù)中包含的零件有重要零件和非重要零 件。重要零件一般針對(duì)軍用產(chǎn)品零件和加工工藝復(fù)雜的零件，非重要零件一般指民用產(chǎn)品 零件和工藝簡(jiǎn)單的零件。企業(yè)在編排車間計(jì)劃時(shí)，對(duì)以上不同種類的零件需要采用不同的 優(yōu)先級(jí)別加以生產(chǎn)。因此，一個(gè)好的計(jì)劃調(diào)度優(yōu)化方法對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)效率、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng) 力具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004] 隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，影響計(jì)劃調(diào)度及優(yōu)化因素的挖掘又有了新的手段，不僅 僅只局限于傳統(tǒng)的產(chǎn)品或項(xiàng)目設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)，其影響因素應(yīng)當(dāng)蘊(yùn)含于包含傳 感器數(shù)據(jù)、控制器數(shù)據(jù)及設(shè)備系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)等組成的大數(shù)據(jù)中。因此，計(jì)劃調(diào)度優(yōu)化與 大數(shù)據(jù)分析有機(jī)融合就成了必然趨勢(shì)，通過(guò)大數(shù)據(jù)的分析獲取影響計(jì)劃調(diào)度優(yōu)化的影響因 素，進(jìn)而利用這些影響因素及相關(guān)的其它歷史數(shù)據(jù)完成相對(duì)最優(yōu)計(jì)劃編制方案的制定。
[0005] 對(duì)于工程應(yīng)用領(lǐng)域及制造企業(yè)中的計(jì)劃調(diào)度優(yōu)化方法已有了很多研究，但到目前 為止，尚無(wú)一種在大數(shù)據(jù)分析前提下對(duì)影響因素進(jìn)行分析挖掘，進(jìn)而進(jìn)行計(jì)劃調(diào)度優(yōu)化的 方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種分析準(zhǔn)確，應(yīng)用范圍廣，節(jié)省成本， 提高企業(yè)運(yùn)行效率的基于大數(shù)據(jù)分析的計(jì)劃調(diào)度優(yōu)化方法。
[0007] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0008] 基于大數(shù)據(jù)分析的計(jì)劃調(diào)度優(yōu)化方法，包括如下步驟，
[0009] S1、基于Hadoop分布式平臺(tái)構(gòu)建包括傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、控制器數(shù)據(jù)和制造信息系統(tǒng) 數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)；
[0010] S2、在MapReduce框架下運(yùn)用Apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法對(duì)計(jì)劃調(diào)度的約束因素 進(jìn)行挖掘，得到對(duì)應(yīng)計(jì)劃項(xiàng)目的工序順序約束因素、資源約束因素、臨時(shí)工序約束因素和計(jì) 劃時(shí)間約束因素；
[0011] S3、根據(jù)挖掘出的計(jì)劃調(diào)度約束因素，依次得到計(jì)劃項(xiàng)目周期和計(jì)劃項(xiàng)目中各工 序加工周期及工序開工、完工時(shí)間，最后得到計(jì)劃項(xiàng)目的開工和完工時(shí)間，以該開工和完工 時(shí)間對(duì)計(jì)劃項(xiàng)目進(jìn)行計(jì)劃調(diào)度。
[0012] 優(yōu)選的，步驟S2中對(duì)約束因素進(jìn)行挖掘時(shí)，具體挖掘時(shí)的方法如下，
[0013] 2. 1初始化設(shè)定迭代參數(shù)k及其最大值，在大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)中產(chǎn)生候選k項(xiàng)集；其 中，k為正整數(shù)；
[0014] 2. 2在k項(xiàng)候選集中由Map函數(shù)產(chǎn)生〈key，value〉對(duì)；
[0015] 2. 3對(duì)產(chǎn)生的所有〈key，value〉對(duì)進(jìn)行combiner整合；
[0016] 2. 4在整合后〈key，value〉對(duì)的基礎(chǔ)上通過(guò)Reduce規(guī)約產(chǎn)生頻繁k項(xiàng)集；
[0017] 2. 5根據(jù)設(shè)定k的最大值，判斷k是否達(dá)到最大值K，如果否則進(jìn)行合并，并使k= k+1，重復(fù)以上步驟，直到k達(dá)到最大值；如果是則結(jié)束，得到K項(xiàng)約束因素及其數(shù)據(jù)；
[0018] 2. 6將挖掘得到的K項(xiàng)約束因素及其數(shù)據(jù)寫入NoSQL或Hbase或Mongdb或edis 型數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)Web展示。
[0019] 進(jìn)一步，由大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)中的傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和控制器數(shù)據(jù)挖掘得到資源約束因 素；由大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)中的制造信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘得到工序順序約束因素、臨時(shí)工序約束 因素和計(jì)劃時(shí)間約束因素。
[0020] 優(yōu)選的，步驟S3中根據(jù)計(jì)劃項(xiàng)目的要求和所需設(shè)備的加工能力得到計(jì)劃項(xiàng)目周 期；具體包括如下步驟，
[0021] 設(shè)計(jì)劃項(xiàng)目中工序的開工、完工時(shí)間分別為TS和TF，工序個(gè)數(shù)定義由 {1，2,…，i，…，N}共N道工序依次組成，每道工序生產(chǎn)工時(shí)為Pi，根據(jù)資源約束因數(shù)得到使 用的設(shè)備滿負(fù)荷狀態(tài)下的測(cè)試或加工能力為ESS，要求設(shè)定的完成周期為PT，則計(jì)劃項(xiàng)目 周期1^ = 了?13，計(jì)劃項(xiàng)目取11 = 1^11(?1'，1^)為最終加工周期；若？1'>1^，則計(jì)劃項(xiàng)目的周 期為要求設(shè)定的完成周期，需要在加班或者超負(fù)荷的情況下完成任務(wù)；若PT〈MS，則計(jì)劃項(xiàng) 目的周期按照設(shè)備能力安排。
[0022] 進(jìn)一步，步驟S3中根據(jù)計(jì)劃項(xiàng)目周期得到計(jì)劃項(xiàng)目中每個(gè)工序加工周期；具體包 括如下步驟，
[0023] 當(dāng)PT〈MS時(shí)，M=PT，則工序i加工周期按（1)式計(jì)算；
[0025] 其中，加工時(shí)間為Ti_P，第i道工序的加工定額工時(shí)為SSi，使用的設(shè)備的加工能 力為GGs;
[0026] 當(dāng)PT>MS時(shí)，M=MS，則按照要求設(shè)定的完成周期生產(chǎn)，工序i加工周期Oi為：
[0028] 再進(jìn)一步，步驟S3中根據(jù)每個(gè)工序的加工周期以及工序順序約束因素、資源約束 因素和臨時(shí)計(jì)劃約束因素得到該工序的開工和完工時(shí)間；具體包括如下步驟，
[0029] a)根據(jù)工序順序約束因素，檢索工序i上一道工序的開工、完工時(shí)間；
[0030]b)工序i上一道工序完工時(shí)間為工序i開工時(shí)間Ti_S，則工序i的加工時(shí)間為 (Ti_S,Ti_S+0i)；
[0031] c)根據(jù)臨時(shí)工序約束因素，判定是否有臨時(shí)工序加入；
[0032] d)若無(wú)臨時(shí)工序加入，則確定工序i按照（Ti_S，Ti_S+0i)進(jìn)行，轉(zhuǎn)到步驟k);
[0033] e)若有臨時(shí)工序增加，設(shè)增加為工序M，則工序M按照（Ti_S，Ti_S+0m)進(jìn)行，并設(shè) 定工序i的Ti_S=Tm_F;
[0034] f)根據(jù)資源約束因素，判定工序i按照（Ti_S，Ti_S+0i)進(jìn)行是否和其它工序產(chǎn)生 資源沖突；
[0035] g)若無(wú)沖突，則確定工序i按照（Ti_S,Ti_S+0i)進(jìn)行，轉(zhuǎn)到步驟k);
[0036] h)若有沖突，則根據(jù)工序順序約束因素，比較此工序i與沖突工序的優(yōu)先級(jí)，設(shè)沖 突工序?yàn)楣ば騄，若工序J優(yōu)先級(jí)高，轉(zhuǎn)到步驟（i)，若工序i優(yōu)先級(jí)高，轉(zhuǎn)到步驟j);
[0037] i)工序i的開工時(shí)間Ti_S為工序J的完工時(shí)間Tj_F，工序i的完工時(shí)間Ti_F= Tj_F+0i，跳轉(zhuǎn)到步驟b);
[0038] j)確定工序i按照（Ti_S，Ti_S+0i)生產(chǎn)；工序J接著工序i按照（Tj_F，Tj_F+0j) 進(jìn)行，用工序J取代工序i，跳轉(zhuǎn)到步驟b)，直至所有工序不再資源沖突；
[0039] k)計(jì)算得到工序的開工、完工時(shí)間。
[0040] 再進(jìn)一步，步驟S3中根據(jù)全部工序的周期，以及工序的開工、完工時(shí)間，得到計(jì)劃 項(xiàng)目周期的執(zhí)行時(shí)段；具體包括如下步驟，
[0041] 整個(gè)計(jì)劃由1，2,…，i，…，N共N道工序依次組成，各個(gè)工序的開工、完工時(shí)間分 別為（T1_S，T1_F)，（T2_S，T2_F)，…，（Ti_S，Ti_F)…，（Tn_S，Tn_F)，則整個(gè)計(jì)劃件的執(zhí)行 時(shí)段為（T1_S，Tn_F)，根據(jù)計(jì)劃時(shí)間約束因素，保證執(zhí)行時(shí)間段中的Tn_F不超出設(shè)定的截 止時(shí)間。
[0042] 優(yōu)選的，步驟Sl將傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、控制器數(shù)據(jù)和制造信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)Sqoop上 傳至分布式文件系統(tǒng)HDFS，并存儲(chǔ)至NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)中。
[0043] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有