[发明专利]一种分布式工艺规划与车间调度集成优化方法

说明书

本发明公布了一种分布式工艺规划与车间调度集成优化方法。本发明首先将分布式工艺规划与车间调度集成优化问题的四个决策子问题归为两类：选择问题和排序问题。然后将选择问题视为主问题，将排序问题当作子问题，对其分别进行求解，并设计两组Benders最优性割和一个Benders最优性割选择策略将本次迭代的求解情况反馈给主问题，从而实现主问题和子问题之间的来回迭代，直到满足收敛规则。本发明不仅适用于对计算时间有较高要求的生产场景，还适用于对解的质量有较高要求的生产场景。通过大量仿真实验验证了本发明可以实现对分布式工艺规划与车间调度集成优化问题的快速求解，并且保证了解的质量。

技术领域

本发明属于分布式环境下的生产制造技术领域，具体涉及一种分布式工艺规划与车间调度集成优化方法。

背景技术

分布式工艺规划与车间调度集成优化(Distributed Integrated ProcessPlanning and Scheduling，DIPPS)问题考虑在分布式制造环境下同时决策工艺规划和车间调度，从而实现对提前制定的衡量指标的优化。分布式制造环境下每个工件都可由具有多个柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cells，FMCs)的系统进行加工。目前，文献研究中针对分布式工艺规划与车间调度集成优化问题只有一些基于元启发式算法的方法，并且这些方法的使用效果非常一般。

在分布式工艺规划与车间调度集成优化问题中，有H个独立柔性制造单元分布在工厂不同地理位置，和M台机器以及N个具有多个可选工艺流程的工件。当为一个工件选定了柔性制造单元以后，那么该工件的所有工序都必须在该柔性制造单元中进行加工，即不允许跨柔性制造单元进行生产。当所有工件都已指定好柔性制造单元后，需要为每个工件选择合适的工艺流程和为选中的工艺流程的每道工序选择合适的加工机器。然后，需要确保每台机器每次只可以加工一道工序，并且属于同一个工艺流程的工序需要按照它们预先制定的顺序进行加工。此外，假设所有的柔性制造单元和机器在初始时刻都可用，并且所有工件都可以由任意一个柔性制造单元进行处理。一旦一个工件在指定的柔性制造单元完成了加工，那么该工件需要立刻被运输到缓冲区，并且运输时间是固定的。因此，在分布式工艺规划与车间调度集成优化问题中，需要解决以下四个决策子问题：为每个工件选择一个柔性制造单元进行加工，为每个选定了柔性制造单元的工件选择一个工艺流程，为被选中的工艺流程中的每道工序选择机器，以及确定分配到同一台机器上的工序的加工顺序。

虽然目前工业界和学术界在处理工艺规划与车间调度集成优化(IntegratedProcess Planning and Scheduling，IPPS)问题方面取得了显著成果，但随着现代制造系统中广泛使用的多柔性制造单元设置，传统的集中式制造环境已被灵活的分布式制造环境所取代，这也导致针对工艺规划与车间调度集成优化问题设计的方法无法直接应用于求解作为工艺规划与车间调度集成优化问题的扩展问题的分布式工艺规划与车间调度集成优化问题。此外，目前针对分布式工艺规划与车间调度集成优化问题提出的各种基于元启发式算法的方法获得的解的质量不高，难以满足实际生产的需要。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种分布式工艺规划与车间调度集成优化方法，可以做到无论生产场景规模的大小如何，不仅可以提升分布式工艺规划与车间调度集成优化问题的解的质量，还减少了算法消耗的计算时间，满足实际生产的需要。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种分布式工艺规划与车间调度集成优化方法，包括以下步骤：

步骤S1：将分布式工艺规划与车间调度集成优化问题转换为数字符号的形式化描述；

步骤S2：分析分布式工艺规划与车间调度集成优化问题的预设约束条件；

步骤S3：获取待优化的目标，构建相应的目标优化函数；