[发明专利]考虑并行批处理机成本的投入产出决策方法

说明书

本发明提出一种考虑并行批处理机成本的投入产出决策方法，以并行批处理机为研究对象，考虑批处理机容量变化带来生产成本增加的实际问题，通过建立成本增量与批处理机容量和数量的函数，设计有效的启发式算法，权衡成本收益进行投入产出分析，得到批处理机扩容决策方案。本发明面向生产实际，旨在为企业老线设备改造、新线能力规划等决策提供理论依据，也为其它类型产线升级换代、产线能力提升等提供可借鉴的研究模式。

技术领域

本发明涉及生产车间中的批处理调度技术领域，具体为一种考虑并行批处理机成本的投入产出决策问题，通过提出批处理机扩容的调度问题，考虑批处理机成本，决定批处理机扩容方案并进行投入产出分析。

背景技术

批处理机(Batch Processing Machine)将单件处理方式拓展到成批处理方式，突破了一台机器一次只能输入或输出一个工件的限制。批处理机前期投入大、建设周期长、运维成本高、能源消耗大、在建数量少，通常为生产车间的瓶颈机器，同时也是制造系统物料流上拉下推的关键单元，是产线高投入、高产出、高附加值的发生地。生产调度(Scheduling)是保障生产过程有序、平稳、均衡、高效运转的神经中枢，是制约生产系统性能的关键环节。传统生产调度研究侧重于寻求优化方案，但是生产车间工艺复杂、约束条件多，导致优化空间小、优化难度大。

并行批处理调度问题可以描述为：给定包含n个工件的工件集合J＝{J₁,J₂,…,J_n}，具有m个并行批处理机的机器集合M＝{M₁,M₂,…,M_m}，工件J_j的加工时间为p_j，工件组批批次集合B＝{B₁,B₂,…,B_k,…}，第k批加工时间p(B_k)，安排在机器M_i上的第k批加工时间p(B_ik)。平行机环境下的批处理机调度问题中，并行批处理机M_i同一时刻最多可以加工b个工件，工件在0时刻到达，批处理机在0时刻开始加工，每批工件之间无准备时间且加工过程不可中断。

将上述并行批处理调度问题采用数学语言描述即为Pm|p-batch,b＜n|C_max，C_max为最大完工时间，是优化目标；数学模型如下

obj.minC_max (1)

p(B_ik)≥x_jikp_j j＝1,2,…,n，i＝1,2,…,m， (4)

C(B_ik)≥C(B_i(k-1))+p(B_ik)i＝1,2,…,m， (5)

x_jik∈{0,1}i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n (7)

其中，x_jik为0-1变量，当工件J_j在机器M_i上加工并安排在B_k批中，则x_jik＝1，否则x_jik＝0；C(B_ik)表示机器M_i上第k批工件的完工时间。