[发明专利]一种基于元胞机的高熵制造低熵调度方法

说明书

本发明公开了一种基于原胞机的高熵制造低熵调度方法，采用的技术方案包括如下主要内容：(1)问题匹配高熵制造问题原型特征与约束；(2)对制造系统进行多维度时空的解构和时空层的划分；(3)根据平面空间分解建立元胞机网络模型；(4)根据低熵理论设计调度算法目标函数和适应度函数；(5)建立系统求解模型并进行求解。针对大型装备制造等高熵制造过程中的设备调度问题，本发明以计划完成时间最短、时空利用率最大、设备资源利用率最大和延迟时间最少的低熵化的问题做出目标的以元胞机和低熵目标为基础的数学模型和优化算法，求解高熵类型制造方式下存在的设备资源调度问题，为高熵制造类型的生产调度及其多项优化指标提出效果明显的优化调度方法。

技术领域

本发明涉及大构件、大尺度等高熵制造类型中的设备调度领域，是一种基于元胞机模型的低熵目标的调度方法。

背景技术

大型装备制造零件多属非标产品，部分加工工艺特殊，工序工时长，加工设备非唯一且对应工时差异大；在制品结构参数大，时间序列和空间填充受限明显；物流设备是工位流动匹配和稳健衔接枢纽，流动需求及时响应至关重要，潜在干涉凸显。因此，将有限资源在空间和时间进行合理调度，可满足不同订单差异化需求，有效压缩生产周期，提升订单交付率。

目前，国内大型装备制造面临着生产效率较低、生产成本较高等问题。为达成最低流动费用、最小库存缓冲、最大空间填充、最大设备稼动，实现时间、空间和设备调度的有效耦合，消除时序、场地、生产和物流等瓶颈，减少高熵耗散与紊乱，准时完成制造进度，成为高熵制造企业亟需解决的新问题。

发明内容

为了解决高熵制造类型企业存在的以上问题，本发明的目的在于提供一种基于元胞机的高熵制造低熵调度方法。本发明技术方案的具体实施过程由附图1技术路线所示。本发明所述的一种基于元胞机的高熵制造低熵调度方法所采用的技术方案包括如下主要内容：

1)匹配高熵制造问题原型特征与动态约束

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。

表征集单元布局与流动路径设计的由强化或弱化动态约束关联的满足问题，即物流路径通量限制、网络构建和物料搬运费用博弈平衡、局部不规则的布局空间、单元间路径不能穿越制造资源等问题。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。时间层划分如图2所示。

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，实现多维相互约束和博弈状态。

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(生产设备和物流设备)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的描述，如图3所示。对元胞状态描述、设置生产调度元胞机模型的初始条件和边界条件，以及设定演化规则等过程，参见中国专利CN102608916A。

4)设计低熵多目标函数与适应度函数

高熵制造低熵调度的核心是低碳性与稳定性。

①车间系统内部低熵化指标

系统外部熵可以表示为