[发明专利]一种基于元胞机的高熵制造低熵调度方法

权利要求书

1.一种基于原胞机的高熵制造低熵调度方法，其特征在于包括以下步骤：

1)匹配高熵制造系统的问题原型特征与动态约束

根据高熵制造特点刻画典型局部细节，将非线性、伴随物性变化的多维动态系统简化为个体自组织的离散事件，实现从模型微观结构和自组织演化规则到宏观系统的跨层次描述；对约束问题进行[0,1]数学处理，以适应元胞机基本规则；

2)高熵制造系统的多维度时空解构和层划分

在平面空间长、宽约束为第一、二维度离散化参数划分基础上，明确单元布局和物流路径设计的动态约束；以零件加工开始时间为划分点，进行加工时间约束的第三维度时间切片，以加工时间作为时间约束，在每一层的时间切片内映射单元布局，由三维空间问题转换为有限数量二维空间的布局问题；引入加工设备、物流设备的资源能力约束作为多维度时空的第四维度，设备资源能力影响生产调度工序和时间，多维相互约束和博弈；其中设备资源包括生产设备和物流设备；

3)建立高熵制造元胞机网络模型

将整个生产作业车间设定为一个包含移动粒子的二维网络，以零件和设备作为粒子，层划分后的每一层视为一个元胞，代表一个二维场地空间，设备资源作为移动元胞，构建设备资源调度模型；

对某一时空层元胞状态属性进行描述，包括元胞状态描述、设置生产调度元胞机模型的初始条件和边界条件，以及设定演化规则；

4)设计低熵多目标函数与适应度函数

对车间调度系统内部、外部环境影响的熵指标进行系统定义和描述，定义抗干扰度和参考抗干扰度，设计包括低碳和抗扰动的低熵优化的目标函数及其约束条件，建立低熵调度基础模型和稳健性评价。

2.如权利要求1所述的一种基于原胞机的高熵制造低熵调度方法，其特征在于步骤4)中，对系统内外部熵变指标分析推导和描述主要包含以下过程：

车间系统的总熵变方程表示为：

其中，S_O是系统外部熵，S_I为系统内部熵；

车间在某一状态(N,s)的概率为：

其中，N为系统中的设备数量；Es为粒子数量N的粒子处在s状态下所拥有的能量即生产能力。

车间生产系统内部熵表示为：

车间系统内部熵评价指标表示为：

S_I＝-K∑_N,sP_N,sln P_N,s

其中：N表示空间大小；E表示时间长短；V表示设备多少；

对生产系统的物理熵S_I进行微分处理：

dS_I＝αdN+βdE+χdV

S_I分为车间可用生产空间、生产时间和设备资源三部分；

车间系统外部熵可以表示为：

进一步描述为：

S'_O抗干扰度描述为：

为参考抗干扰度：

目标函数设计中包含的低熵指标分为低碳和抗扰动能力两部分，包括最小化装配体完工时间、最小化产品总完工时间、最大化面积利用率、最小化蜂窝损失率和最大化物流设备综合效率

最小化最大装配体完工时间F_J：

最小化最大装配体完工时间F_Z：

最大化单元面积利用率S₁：

平均设备综合效率

对车间低熵调度建立以下模型：

EI₁＝(1-S₁)×a

EI₂＝(F_J+F_Z)×b

minEI＝EI₁+EI₂+EI₃

式中：a,b,c为加权因子，EI₁为空间资源利用率指标，EI₂为时间资源利用率指标，EI₃为设备利用率指标；

低熵调度稳健设计中构建车间熵评价指标公式：

单元内部的稳健性h为：

复杂车间的整体稳健性为：

p_i代表设备内第i台设备出现崩溃的概率，假设单元内有x台设备：