[发明专利]一种用于大型装备生产制造与行车系统的元胞机协同调度方法

权利要求书

1.一种用于大型装备生产制造与行车系统的元胞机协同调度方法，其特征在于包括以下步骤：

1)基于标准元胞机模型的基本原理，从元胞空间、元胞状态、邻域和局部演化规则四个基本组成部分出发，将作业跨生产车间抽象成一个二维网格系统，从而构建得到一个生产调度二维元胞机模型；

对任意时刻某元胞及其邻域元胞的状态进行描述，设置生产调度元胞机模型的初始条件和边界条件，并设定生产调度元胞机模型的工位选择、工件排序和任务触发的演化规则；

2)采用遗传算法对生产调度元胞机模型的演化规则进行优化：

对于元胞机的每个调度单元各时步内的模型描述为：在含m个同类工位的工位组中加工n个工件粒子，缓存元胞数量与工位个数对应；各工位加工效率不同，各工件在此工位组只需完成一道工序，根据实际生产状况每道工序可供选择的工位数量是工位组中的全部或某几个，且在不同工位所需的加工时间不同；

设工位集合为s＝{s₁,s₂,s₃,......,s_m}；缓存集合为B＝{b₁,b₂,b₃,......,b_m}；工件粒子集合为P＝{p₁,p₂,p₃,......,p_n}；工序O_ij表示第i个工件粒子的第j道工序；第x个工位组加工时间的矩阵T，Ti表示行矩阵，矩阵中T_ijxy表示第i个工件第j道工序在第x个工位组第y个工位上所需的加工时间，对于单元调度可简化为T_iy，A_i表示列矩阵；

所以上述生产调度三个子目标对应的函数如下：

S1：所有工序总加工时间最短为与以下两个子目标统一将子目标1转化为最大值形式，但值不过分接近于0；

式(1)中，分子表示所有粒子都选择加工时间最短的工位所得的加工总时间，此为理想状态值；分母表示实际加工总时间；0＜F₁≤1；矩阵A_i中对应各元素a_iy∈{0,1}，工位序号y∈{1,2,...m}；

S2：子目标2转化为各工位的总利用率F2高；

式(2)中，T为仿真开始前设定的各仿真步长所代表的实际时间，该值在仿真过程中不发生变化；λ_y为各台设备故障率；

S3：同一工位组所有工位的平衡率F₃最大，根据式(3)：

式(3)中，C_max为负荷最大工位所耗费的加工时；m为该工位组工位总数；

通过加权法得到元胞机的各离散单元在各时步内调度的总目标函数：

F＝max(w₁F₁+w₂F₂+w₃F₃) (4)

式(4)中，w₁，w₂，w₃分别表示子目标的权重，且

生产约束条件如下：

(1)资源约束

a)同一设备同一时刻至多加工一个工件；

b)一个工件只能被在一道工序的一台设备上加工；

c)各工件加工一旦开始就不能暂停；

(2)工艺约束

a)同一工件工序之间存在先后约束关系；

b)不同工件工序之间不存在先后约束关系；

3)根据行车调度系统的现实特点构建具有一定流向的不规则的二维元胞机行车调度模型；对行车调度元胞机模型的元胞状态及其邻域元胞状态进行描述，设置行车调度元胞机模型的边界条件，并设定行车调度元胞机模型的任务触发、择路规则、择车规则、冲突消除和移动规则的演化规则；

4)依旧采用遗传算法优化行车调度元胞机模型的演化规则，以实现在避免行车冲突的情况下元胞机行车调度总运输时间最短的目标；

5)创建完整数据库，并建立仿真系统界面，将生产调度元胞机模型和行车调度元胞机模型作为底层算法，实现整个系统的运行。