一种基于多约束的多目标柔性作业车间节能调度方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114595633A(43)申请公布日2022.06.07(21)申请号202210239827.2(22)申请日2022.03.12(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人程强杨颜宇初红艳张涛刘志峰(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203专利代理师沈波(51)Int.Cl.G06F30/27(2020.01)G06F17/10(2006.01)G06Q10/06(2012.01)G06F111/04(2020.01)G06F119/02(2020.01)权利要求书5页说明书11页附图7页(54)发明名称一种基于多约束的多目标柔性作业车间节能调度方法(57)摘要本发明公开了一种基于多约束的多目标柔性作业车间节能调度方法，增加炉资源加工约束和订单及工序约束，包含基于复杂约束柔性作业车间的调度模型与混合NSGA‑II和改进精确空间邻域移动算法，能够结合算法对于生产任务的分配与排序进行优化，达到缩短完工时间和减少能耗的作用。针对订单和工序批量约束问题：设计批量预处理调度策略以减少编码难度和基因数量；针对炉资源加工约束问题：设计调度过程二次编码、解码的“待加工等待序列”调度策略；针对节能调度策略：在改进算法的工序卸载环节中增加启发式方法。本发明为柔性作业车间提供了快速计划方法，建立了基于完工时间、机器总耗能的多目标模型，通过该调度方法解决多类柔性作业生产车间的调度问题。CN114595633ACN114595633A权利要求书1/5页1.一种考虑多约束的多目标柔性作业车间节能调度方法，其特征在于，包括：步骤1：分析生产准备时间和炉资源约束，设计调度策略并建立相关模型：首先，车间中第一种生产准备时间只与加工作业类别有关，同时在顺序解码过程中工件工序的最早加工开始时间同时受到机器可用时间与工序前道工序的完工时间制约，所以在增加了第一种生产准备时间约束的解码过程中将该约束问题归并到机器可用时间约束当中，数学模型为：第二种生产准备时间是工件在正式生产前的摆放、检查操作，通过提前对数据进行预处理解决，数学模型为：分析炉资源约束，当前车间存在约束炉资源机器同时加工多个工件的某一道工序且同一时刻加工数量应小于炉资源容量，针对炉资源约束特点设计了一种调度过程二次编码、解码的“待加工等待序列”调度策略，数学模型为：步骤2：设计精确空间邻域移动算法调度策略，建立相应的数学模型。首先，找出生产线的瓶颈路径，通过工序最早开始时间和浮动时间来判断关键工序，工序最早开始时间的数学模型为：2CN114595633A权利要求书2/5页工序浮动时间是改进精确空间邻域移动算法在工序层面的重要因素，由工件工序最晚加工开始时间和工件工序的最早加工开始时间相减而得，数学模型为：接下来找出工序理论上可卸载位置，机器工序调整后的空闲时段是根据工件最早、最晚加工开始时间约束计算出的理论工序可卸载位置，数学模型为：之后确定关键工序卸载位置，数学模型为：定义关键工序集合：3CN114595633A权利要求书3/5页决策变量：式中—0‑1变量，判断Oj,h是否被移动到位置β；有约束条件如下：完成卸载后，重复寻找关键路径进行资源卸载直到满足终止条件。步骤3：结合精确空间邻域移动算法设计节能调度策略对改进精确空间邻域移动进行再次调整，在资源卸载环节中，增加启发式方法，在集合Di内找到机器e使工序Oj,h移动后能源消耗E最小，令机器e作为卸载机器，满足资源卸载约束条件的机器集合Di为：步骤4：建立基于NSGA‑II的精确空间邻域移动混合优化算法；NSGA‑II算法为框架完成初始化种群与初始解码后，进入精确空间邻域移动算法策略，其策略为5步骤持续循环：1)确定：确定生产线的瓶颈路径。2)开发：通过对非关键路径上的工序进行满足最早开始时间的前拉和满足最晚开始时间的后推，再不产生新的关键路径前提下为关键路径工序提供可4CN114595633A权利要求书4/5页移动的位置并进行预演移动。3)迁就：通过反向编码消除预演移动的非法解。4)改善：完成移动，确立新的编码顺序，以支持下次移动。5)重复：重新回到第一步，找到新的瓶颈路径。在满足迭代条件跳出循环后，生成较优生产调度策略，之后进行染色体去重与补充、快速非支配排序和精英选择策略、交叉变异等步骤生成新的迭代种群再次进行迭代，直到满足终止条件。步骤5：结合数学模型建立多目标函数结合锻造生产中的多样化调度需求，建立以最大完工时间、机器总耗能为目标的多目标函数：minf＝ω1f1+ω2f2(37)各个符号的技术含义如下：n:工件总数量。m:机器总数量。Ω:机器集合。j,k:工件序号，j,k＝1,2,3,…,n。i,e:机器序号，i,e