[发明专利]一种考虑机加工设备可用性的柔性作业车间动态调度方法

说明书

技术领域

本发明属于车间调度领域，具体涉及一种柔性作业车间动态调度方法，用于车间生产过程的调度优化与管理。

背景技术

作业车间作为一种车间级的制造系统，它是机加工制造企业主要的生产活动中心，是资源流动和生产过程的主体场所，是制造业企业的关键。因而，对作业车间的优化运行技术一直是热点研究领域，如何减少加工时间，提高加工效率以及降低加工成本等是其关注的主要问题，典型作业车间调度问题是一种的组合优化问题。

传统车间调度模型中，假设工序加工所需要的资源不具有柔性，机加工设备的选择是唯一的。但是随着大批量连续生产时代正逐渐被适应市场动态变化的多品种、小批量离散生产所替代，柔性制造系统和数控加工系统等带有一定柔性的生产系统逐渐出现，柔性作业车间调度问题也就成为了研究重点，它是作业车间调度问题的一种扩展，工件的每道工序可以在多台不同设备上进行加工，这样的柔性作业车间具有以下明显的优点：

①提高设备的利用率，机加工设备一旦空闲就可以安排其它工件进行加工，减少设备的闲置时间和工件的等待时间；

②具有维持加工稳定的能力，当设备出现故障时，工序可以安排到其它设备上进行加工，使得加工过程可以继续，保证加工的稳定。

另外，大多数现有的研究都把作业车间的相关参数假设为确定和已知的，但是在实际的制造系统生产过程中，会出现随机的不确定因素影响调度的正常运行。例如加工时间不确定，机加工设备状态异常、工件随机到达等，理想状态下的调度方法无法直接应用到存在不确定因素的生产过程中。机加工设备状态异常作为常见的不确定因素之一，已经成为学者研究的重点，而针对这些故障采取的维修策略主要有事后维修和预防性维修。

事后维修是指在故障发生后进行的维修活动，这样的维修方式会严重影响到作业车间调度任务运行的效率，例如在按照调度计划加工的过程中，某台设备发生了故障，那么为了等待设备修复，已经安排在该设备上的加工任务就不得不中断，甚至会影响到整个调度任务的运行；预防性维修是指按照一定的规律，在未发生故障之前就对设备进行全面检修，把故障消灭在萌芽状态，使加工设备处于良好的技术状态。在生成调度方案时，考虑插入空闲时间段来进行预防性维修，可以有效降低的故障率，使设备故障对已经开始的调度任务的影响得到减小。因此，合理安排预防性维修的关键在于减少已经开始的加工任务中设备故障发生的概率的同时还要减少预防性维修对未开始的加工任务的影响。

机加工设备可用性是通过对设备持续运行时间和故障历史数据分析得到的时间函数，反映的是机加工设备在运行过程中的可用性。因此，从机加工设备可用性方面来考虑在预调度方案中插入空闲时间段，对机加工设备进行预防性维修，以达到减少加工过程中出现的故障对调度任务的影响，提高调度运行效率的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种考虑机加工设备可用性的柔性作业车间动态调度方法，该方法通过考虑机加工设备可用性，在预调度方案中通过插入空闲时间来对机加工设备进行预防性维修，从而可减少故障出现的概率。同时，通过实时检测设备运行状态，提高故障发生时的重调度的响应能力，进而提高作业车间动态调度的稳定性和及时性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

考虑机加工设备可用性的柔性作业车间动态调度方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：

步骤一：在机加工设备可用性降低到预设阀值时，在预调度方案中插入空闲时间段，对该机加工设备进行预防性维修，按照插入空闲时间段之后的柔性作业车间预调度方案进行加工；

所述机加工设备可用性是表示设备在规定的使用与维修方式下，在给定的时间内能够完成规定功能的能力。可用性取决于机加工设备的可靠性和维修性。在机加工设备k的可靠性和维修性都服从指数分布的情况下，故障率λ_k和修复率γ_k都为常数，机加工设备k的可用性函数A_k(t)可表示为：

所述预设阀值是表示当机加工设备可用性低到某个值时，该设备发生故障的概率很大。该阀值由历史数据中设备发生故障时对应的可用性大小决定，采用切尾均值的方法来处理发生故障时的可用性数据，设备k的可用性阀值用AO_k表示；

所述预防性维修是指在机加工设备发生故障之前进行检查、修理或更换，以防患于未然。