大件加工車間天車調(diào)度優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天車調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大件加工車間天車調(diào)度優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大件加工車間天車調(diào)度是典型的復(fù)雜多維離散動態(tài)系統(tǒng)，難以進行準確的數(shù)學(xué)描 述和直接求解，對于這樣一個NP難的多機多任務(wù)調(diào)度問題，很難用結(jié)構(gòu)化的方法來解決。 天車是大件加工車間主要的物料搬運方式，是完成生產(chǎn)物流、支持生產(chǎn)計劃的必不可少的 設(shè)備。天車調(diào)度作為車間生產(chǎn)調(diào)度的重要組成部分，是車間生產(chǎn)工序間物料匹配、銜接、調(diào) 控的樞紐，合理、有效地進行天車調(diào)度，有助于提高車間工序的生產(chǎn)效率，為上層生產(chǎn)調(diào)度 的實施奠定基礎(chǔ)，并對提高生產(chǎn)系統(tǒng)整體效益起著至關(guān)重要的作用。
[0003] 專利【申請?zhí)枴?01110257594. 0，名稱為" 一種天車全自動調(diào)度系統(tǒng)"，包括調(diào)度模 塊、通信模塊和控制執(zhí)行模塊；其中調(diào)度模塊運行在車間控制室的上位機上，根據(jù)天車既定 的生產(chǎn)工藝流程設(shè)計相應(yīng)的調(diào)度算法，自動計算天車運行軌跡；并通過通信模塊發(fā)送調(diào)度 命令至控制執(zhí)行模塊；控制執(zhí)行模塊接收調(diào)度模塊發(fā)送的調(diào)度命令，進行命令解析，根據(jù)解 析出的具體的命令控制天車執(zhí)行相應(yīng)的動作，并反饋執(zhí)行結(jié)果至調(diào)度模塊，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn) 車間內(nèi)多臺天車的調(diào)度。
[0004] 專利【申請?zhí)枴?01310634924. 2,名稱為"一種面向半導(dǎo)體生產(chǎn)線搬運系統(tǒng)多天車協(xié) 調(diào)調(diào)度方法"，其步驟包括：當搬運系統(tǒng)規(guī)劃出天車移動路線后，檢路線內(nèi)是否存在其它天 車。若不存在，直接發(fā)送移動命令讓天車移動到目的地。若存在其它天車，天車是空閑狀態(tài) 時，則計算出當前天車遠一點的安全位置，讓空閑天車移動至安全位置。天車己有移動任務(wù) 時，則當前天車移動至與其它己有移動任務(wù)天車安全位置后在進行移動調(diào)度。使用迭代方 式重復(fù)上述過程對相關(guān)天車進行移動控制，保證多臺天車在不發(fā)生碰撞的情況下，同時進 行搬運任務(wù)。
[0005] 專利【申請?zhí)枴?01110257998.X，名稱為"一種天車一體化控制系統(tǒng)"，包括通信模 塊，用于一體化控制模塊與外界進行通信，并將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號實現(xiàn)通信線路上 穩(wěn)定傳輸?shù)目垢蓴_信號；一體化控制模塊，用于接收外界發(fā)出的控制命令，進行命令解析， 并將解析出的具體命令發(fā)送至控制電路；同時向外界反饋動作執(zhí)行結(jié)果；控制電路，用于 執(zhí)行一體化控制模塊解析出的調(diào)度命令，根據(jù)一體化控制模塊特定端口的不同輸出狀態(tài)控 制特定的執(zhí)行設(shè)備動作，實現(xiàn)工業(yè)車間中天車的一體化控制。
[0006] 車間天車調(diào)度作為車間作業(yè)調(diào)度問題的核心問題，目前的調(diào)度方法往往缺乏高效 性、全局性、穩(wěn)定性和安全性，提出一種基于免疫遺傳算法的仿真模型評估和優(yōu)化天車調(diào)度 方法，該模型結(jié)合過程仿真與啟發(fā)式算法，根據(jù)天車作業(yè)跨的工位與天車位置關(guān)系進行模 型空間抽象，用可變的天車任務(wù)優(yōu)先級有效解決搭建加工車間天車調(diào)度過程中由于空間約 束導(dǎo)致的多機多任務(wù)沖突。
[0007] 天車調(diào)度優(yōu)化方法應(yīng)考慮以下問題：
[0008] (1)天車運行受空間約束：由于天車設(shè)備建成以后不能改變，所以天車運行受現(xiàn) 有軌道的限制，作業(yè)必須在給定軌道內(nèi)執(zhí)行；若多臺天車在同一軌道上完成調(diào)運任務(wù)，天車 之間必須滿足安全距離的要求。
[0009] (2)任務(wù)唯一性約束：天車一旦開始執(zhí)行某個搬運任務(wù)，通常不能暫時中止該任 務(wù)轉(zhuǎn)而執(zhí)行其它搬運任務(wù)，同一時刻只能給一輛天車分配一個作業(yè)任務(wù)。
[0010] (3)天車執(zhí)行搬運任務(wù)時具有優(yōu)先性：天車設(shè)備本身不具備優(yōu)先性差異，但受不 同搬運任務(wù)的工序安排、時間要求、物流狀態(tài)等因素的影響在執(zhí)行不同生產(chǎn)任務(wù)時具有不 同的優(yōu)先級別。
[0011] (4)天車具有被動運輸性：天車在另一臺天車的驅(qū)使下放棄當前的工位或目標工 位而隨該天車運行。
[0012] (5)安全約束：相鄰天車需要保持一定的安全距離。在天車運行中，因為要躲避相 鄰天車，還可能產(chǎn)生如圖1所示的天車被動移動（包括載荷被動移動和空載被動移動）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明就是針對上述問題，提供一種可有效提高車間工序的生產(chǎn)效率、輔助加工 車間天車調(diào)度的大件加工車間天車調(diào)度優(yōu)化方法。
[0014] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明包括以下步驟：
[0015] 1)確定生產(chǎn)作業(yè)計劃，把天車調(diào)度的每個任務(wù)抽象成任務(wù)事件；
[0016] 2)確定天車間的作業(yè)分配并排定每個天車的作業(yè)順序，按計劃中各作業(yè)任務(wù)的運 行區(qū)間的位置關(guān)系，對天車的運行過程進行仿真；
[0017] 3)表征天車在不同時刻的空間位置，判斷天車之間是否存在空間沖突；
[0018] 4)通過仿真運行過程評價天車調(diào)度方案是否可行或優(yōu)化，仿真結(jié)果提供給調(diào)度算 法新的反饋值；引入如下符號體系：
[0019] C:天車集合，C= {1，2，···，Μ};
[0020] Ω :天車操作集合，Ω = {1，2, · · ·，Ν};
[0021] Ψ :庫存位置集合，Ψ = {1，2, · · ·，Ρ};
[0022] ? :時間間隔幅度集，? = {0,1，2, . . .，Η};
[0023] S1, d1:操作的起始和終點庫存位置，i，i e Ω ;
[0024] [tp T1]:出庫操作的允許時間窗，i，i e Ω ;對于主動移動操作沒有時間窗約束， 時間窗的范圍為[0, + m ];
[0025] γ = {(cv 〇'》，（〇2, 〇' 2)，...}:給定順序約束的被動操作集合，如果（i， W )ey，只有操作i完成才能開始操作i';
[0026] bp e1:仿真中操作i的起始和結(jié)束時間，i e Ω ;
[0027] Pm:仿真中操作i在時間t時天車c的位置，i e Ω ;
[0028] LMin:兩個相鄰天車間允許的最小安全距離；
[0029] 仿真模型數(shù)學(xué)表達式如下所示：
[0030] ObjMin(MaxiEfjei) (1)
[0031] s. t.
[0032] (2)
[0033] ex< b for(i, ir ) e γ (3)
[0034] Pcjt-Pc ljt> L Μιη (4)
[0035] 公式（I)目標函數(shù)求最后作業(yè)的完成時間的最小值（make - span)，公式（2)滿足 時間窗約束，確保作業(yè)必須在給定的時間窗下執(zhí)行；公式（3)保證順序約束，公式（4)保證 相鄰天車之間保持安全距離。
[0036] 作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述任務(wù)事件包括作業(yè)的開始空間位置、結(jié)束空間位 置、開始時間、結(jié)束時間、運行時間。
[0037] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明給天車不同運行狀態(tài)附以不同優(yōu)先級；重車高于輕 車，輕車高于空車；運行狀態(tài)級別優(yōu)先于停止狀態(tài)；除了重車和輕車由于執(zhí)行作業(yè)處于運 行狀態(tài)，空車前往作業(yè)工位處于運行狀態(tài)以外，輕車和空車由于避碰被驅(qū)動也處于運行狀 態(tài)；處于運輸物料的狀態(tài)為主動運行狀態(tài)，為了避碰而處于運行狀態(tài)為被動運行狀態(tài)；對 于主動狀態(tài)的天車，其負載越大級別越高。
[0038] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明兩臺天車間隔小于安全距離時，根據(jù)優(yōu)先級別，低級 別天車為高級別天車避讓。
[0039] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明只有在上一作業(yè)完成之后才能開始下一作業(yè)，并且 天車從上一作業(yè)的目的庫位空駛到下一作業(yè)的開始庫位。
[0040] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述天車的屬性包括空間位置、負載類型、移動方 向、起初庫位、運行的路程和時間以及所賦予的作業(yè)序列。
[0041] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述作業(yè)的屬性包括起始位置、作業(yè)類型、時間窗、 前導(dǎo)作業(yè)。
[0042] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述空間位置以天車下方的庫位表示。
[0043] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述仿真的時鐘按固定增量推進，按照給定的各個 天車的序列依次執(zhí)行作業(yè)；每個時鐘周期都要檢測是否存在天車空間沖突。
[0044] 其次，本發(fā)明處理沖突是將已經(jīng)開始的天車作業(yè)暫停進行躲避，躲避包括天車被 動移動；或進行仿真時鐘的回退以延緩某個作業(yè)。
[0045] 另外，本發(fā)明天車調(diào)度中，將能按時完成全部任務(wù)的最后作業(yè)的完成時間 Makespan作為目標函數(shù)；對于超過完成時間的不可行調(diào)度，其目標函數(shù)設(shè)為極大數(shù)Q，Q大 于所有可行調(diào)度；抗體是對應(yīng)抗原的解，其基因序列等于分配到各個天車的作業(yè)序列的組 合；適應(yīng)度為：F = Q-Makespan ;不可行的方案對應(yīng)的適應(yīng)度為0, F表征不同方案的優(yōu)劣； 流程如下：
[0046] 1)問題識別：根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)計劃確認本次計算要求解任務(wù)數(shù)的過程；
[0047] 2)初始化抗體群：抗體群由抗體構(gòu)成，抗體與抗原和仿真模型的天車數(shù)相關(guān)，解 含5個任務(wù)的調(diào)度計劃而跨內(nèi)有3臺天車，單個抗體編碼=131231的整數(shù)列；
[0048] 3)計算抗體一抗原親和度：把抗體編碼和要完成的所有任務(wù)相結(jié)合，給任務(wù)分配 天車資源，形成一條條的調(diào)度計劃，將調(diào)度計劃送入仿真模型運行，求得抗體群所有抗體和 抗原的親和度；
[0049] 4)計算抗體濃度：用
[0051 ] 表征抗體濃度，反映抗體間的關(guān)系，其中抗體因數(shù)為 ' :，
[0052] 5)抗體選擇：采用賭輪選擇選取少數(shù)親和度高的抗體加入新抗體群；
[0053] 6)抗體多樣化：選擇親和度高濃度低的抗體進行兩點交叉和插入變異，結(jié)果加入 新的抗體群；
[0054] 7)新產(chǎn)生的抗體數(shù)如果達到抗體群個體數(shù)且不夠收斂條件，則重復(fù)上述步驟，進 行下一輪的適應(yīng)度計算。
[0055] 本發(fā)明有益效果。
[0056] (1)本發(fā)明基于免疫遺傳算法，結(jié)合過程仿真與啟發(fā)式算法，根據(jù)天車作業(yè)跨的工 位與天車位置關(guān)系進行模型空間抽象，用可變的天車任務(wù)優(yōu)先級有效解決搭建加工車間天 車調(diào)度過程中由于空間約束導(dǎo)致的多機多任務(wù)沖突。
[0057] (2)本發(fā)明針對大件加工車間，構(gòu)建了天車調(diào)度過程仿真模型，并給出了仿真過程 需要考慮天車運行的要求。
[0058] (3)本發(fā)明對現(xiàn)實車間加工作業(yè)中涉及的起始工位和操作類型進行了設(shè)定，并在 實際天車運行安全規(guī)程的基礎(chǔ)上，設(shè)置了天車碰撞避免方法，用可變的天車任務(wù)優(yōu)先級來 解決天車運行過程中空間約束導(dǎo)致的多機多任務(wù)沖突，通過采用基于過程仿真的免疫遺傳 算法彌補其優(yōu)化上的不足。
[0059] (4)本發(fā)明可有效提高車間工序的生產(chǎn)效率，對提高生產(chǎn)系統(tǒng)整體效益起著至關(guān) 重要的作用。
[0060] (5)本發(fā)明提供了一種輔助加工車間天車調(diào)度的大件加工車間天車調(diào)度優(yōu)化方 法。
【附圖說明】
[0061] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明保護范圍不僅局限 于以下內(nèi)容的表述。
[0062] 圖1是本發(fā)明天車被動移動示意圖。
[0063] 圖2是本發(fā)明天車操作仿真圖。
【具體實施方式】
[0064] 如圖所示，本發(fā)明包括以下步驟：
[0065] 1)確定生產(chǎn)作業(yè)計劃，把天車調(diào)度的每個任務(wù)抽象成任務(wù)事件；
[0066] 2)