[发明专利]面向离散制造的动态集成车间调度与装配序列规划方法

权利要求书

1.面向离散制造的动态集成车间调度与装配序列规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据面向离散制造的动态集成车间调度与装配序列规划问题，建立优化目标函数以及约束条件；

S2、结合滚动窗口技术，提出后移重调度和完全重调度两种调度策略，并将两种调度策略分别与原方案合并，得到新的调度方案；

后移重调度是指在保持原本方案中加工和装配序列不变的前提下，找出因为机器故障或者返工零件插入受到影响的加工工序和装配零件，原本未受到影响的加工工序和装配过程继续进行，将受到影响的加工工序的加工时间和装配零件的开始时间依次向后推移，由此产生新的生产方案；所述后移重调度策略的具体实施步骤如下：

S211、识别受影响的加工工序和装配零件；

S212、调整受影响的加工工序：采用树状影响关系图来确认受影响的加工工序之间的关系，从根节点即零件1的第一道工序的开始时间为起点，逐层往后推移；判断父节点上工序由于后移影响的完工时间与子节点上原方案中的开始时间，判断子节点的工序是否需要后移；若父节点上工序由于后移影响的完工时间大于子节点上原方案中的开始时间，那么子节点上工序的开始时间应后移为父节点的完成时间；若父节点上工序由于后移影响的完工时间小于或等于子节点上原方案中的开始时间，则子节点上工序的开始时间不需要后移；

S213、调整受影响的装配零件：在对受影响的加工工序调整完成后，需要将受到影响的零件的完工时间与零件的装配起始时间进行比较，同时也需要比较上一个由于受到后移影响的装配零件的完工时间与该零件的装配起始时间，如果装配零件受到后移的影响，那么零件的装配起始时间点应为该零件的完工时间和上一个装配零件的装配完成时间中较大的时间点；

S214、合并后移重调度策略与原方案，得到新的调度方案；

完全重调度，即将不受动态扰动因素影响的零件的工序集合，在调度窗口和等待窗口中所有等待加工的零件的工序集合以及未调度的零件的工序集合全部收集，重新放入调度窗口中进行新一轮的调度；所述完全重调度策略具体实施步骤如下：

S221、初始信息收集，收集以下信息：

(1)对原方案中的加工信息进行收集；

(2)在动态扰动事件发生时，对零件状态进行收集，零件状态分为：

零件的所有工序均已完工、零件的部分工序完工、零件均未开始加工三种状态；

其中已完成加工的零件将不再需要考虑；

部分工序完工的零件需要分析该零件在动态扰动事件发生时，是否处于加工状态；若处在加工状态，则在重调度中零件的开始加工时间为零件处于加工的工序的计划完工时间，若处在非加工状态，则在重调度中零件的开始加工时间为重调度时刻；

未开始加工的零件在重调度中的开始加工时间为重调度时刻；

(3)对机器状态进行收集，机器状态分为：正在加工的机器、处于故障的机器、空闲的机器三种；若机器处于正在加工的状态，则在该机器上工序的计划完工时间为机器的最早可用时间；若机器处于故障状态，则修复完成时间为机器的最早可用时间；若机器处于空闲状态，则机器的最早可用时间为重调度时刻；

(4)对零件进行装配时对零件状态进行收集，零件状态分为：已装配完成、正在装配、未装配三种状态；其中已装配完成的零件将不再考虑，若有正在装配的零件，则未装配的零件的最早装配时间为正在装配零件的计划装配完成时间和该零件的加工完工时间的最大值，若没有正在装配的零件，则未装配的零件的最早装配时间为重调度时刻和该零件的完工时间的最大值；

S222、对重调度窗口中的工序进行重调度：将正在加工的零件的工序和未加工的工序放入重调度窗口中，其中正在加工的零件的加工信息不变，未加工的工序遵守初始信息收集中各零件的开始加工及装配时间进行重调度操作；

S223、合并完全重调度策略与原方案，得到新的调度方案；

S3、对两种新的调度方案进行比较，找出最优方案。

2.根据权利要求1所述的面向离散制造的动态集成车间调度与装配序列规划方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下子步骤：

S11、建立以下目标函数：

(1)静态环境下的优化目标：优化目标是使生产过程中零件的总生产完成时间和总库存时间最小；对于有n个零件组成的产品，给定的装配序列S：{Se1,Se2,……,Sei,……,Sen}，用F₁表示的产品的生产总完成时间：

用F₂表示的生产过程中零件的总库存时间：

z为给定装配序列下的装配干涉次数；

(2)动态环境下的优化目标：在动态扰动事件发生后，需要对方案的稳定性进行优化，建立如下重调度偏差函数：

其中rp为未加工的工序数，ra为未装配的零件数，dSp_j为动态方案下工序j的开始加工时间，Sp_j为原方案中工序j的开始加工时间，dSa_i为动态方案下零件P_i开始装配时间，Sa_i为原方案中零件P_i开始装配时间；

在动态扰动事件发生后，优化目标分别为产品的生产总完成时间最短minF₁、零件的总库存时间最短minF₂、重调度偏差最小minF₃；

零件P_i的第j道工序加工完成时间Ep_ij为：

其中，Sp_ij表示零件P_i的第j道工序的开始加工时间，Tp_ijk表示在机器M_k上零件P_i第j道工序的加工时间，

零件P_i的加工完成时间为零件P_i的最后一道工序的加工完成时间，因此零件P_i的加工完成时间Ep_i为：

Ep_i＝Ep_ij,当j＝Q_i (5)

其中，Q_i表示零件P_i的工序数；

只有零件P_i-1的装配过程已经完成并且零件P_i的所有加工工序全部完成之后，才能对零件P_i开始装配过程，因此零件P_i的开始装配时间表示如下：

Sa_i＝max(Ep_i,Ea_(i-1)) (6)

Ea_(i-1)表示装配过程中零件P_i-1的完成时间；

在装配过程中，由于装配方向的改变、操作的改变和工具的改变都会增加装配时间，因此装配过程中零件P_i的完成时间计算如下：

Ea_i＝Sa_i+Ta_i+nd_i×t_di+nop_i×t_opi+nt_i×t_ti (7)

其中，Sa_i表示零件P_i的开始装配时间，Ta_i表示零件P_i的装配时间；t_di表示当装配零件P_i的方向发生改变时的时间增加；t_opi表示当装配零件P_i的操作类型发生变化时的时间增加；t_ti表示当装配零件P_i的装配工具发生变化时的时间增加；nd_i、nop_i、nt_i均为布尔变量：

基于式(4)、式(5)、式(6)和式(7)得出零件P_i在装配中的完成时间，进而用式(1)得出产品的总生产完成时间，从而得到目标函数F₁的值；

为了得到目标函数F₂的值，需要对生产过程中零件的总库存时间进行总结，如下所述：如果零件P_i的所有处理操作都已完成，而零件P_i-1的装配尚未完成，则零件P_i将会产生库存占用；零件P_i的库存占用时间由式(8)得出：

En_i＝max(Sa_i-Ep_i,0) (8)；

S12、建立以下约束条件：

约束(9)确保在同一时间只能处理零件的一道工序，A为任意正整数；表示零件P_i的第j₁、j₂道工序加工完成时间；表示零件P_i的第j₁道工序的加工时间；

为布林变量：

约束(10)确保每台机器同一时刻只能处理一个零件的一道工序，表示在机器M_k上零件的第j₁道工序的完工时间；表示在机器M_k上零件第j₁道工序的加工时间；表示布林变量：

约束(11)确保零件的一道工序只能在一台机器上处理；

约束(12)保证了零件P_i的第j道工序加工完成后才能开始加工零件P_i的第j+1道工序；

约束(13)保证了零件P_i的所有道加工工序都加工完成之后才能开始零件P_i的装配过程

约束(14)保证了在给定的装配顺序S：{Se1,Se2,……,Sei,……,Sen}中，零件P_i-1的装配过程完成后才能开始对零件P_i进行装配；

S13、从干涉矩阵中分析得出装配干涉次数以及给定装配序列中装配方向、操作和工具的变化次数。