多工艺路线的批量生产调度优化

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1、万方数据第40卷第4期2004年4月机械工程学报V01．40No．4CHINESEJOURNAL0FMECHANICALENGINEERINGApr．2004多工艺路线的批量生产调度优化水潘全科(聊城大学计算机学院聊城252000)朱剑英(南京航空航天大学机电学院南京210016)摘要：以优化生产周期为目标，研究了多工艺路线的批量调度问题，提出了一种基于工序优先级的调度算法，并将该算法嵌入到遗传算法中，得到了全局优化的批量调度算法。遗传算法搜索最佳染色体，调度算法把染色体解码为调度。在调度算法中，采用了3种提高生产率的策略，即区分批量启动时

2、间与工序加工时间，在工件到达机床之前做好准备工作；把一批工件分成多个小生产批次，每批次独立加工；一批工件加工部分后就运向后续加工机床，缩小后续机床的等待时间。仿真表明，该调度方法能取得较好结果。关键词：作业调度遗传算法批量生产中图分类号：F4060前言车间生产调度是制造系统的基础，生产调度的优化方法是先进制造技术的核心技术。在生产过程中，工件往往是成批生产的，因此研究批量调度的优化方法，对于先进制造企业的现代化具有重要的理论价值和实际意义。在过去的40多年中，只有少数人研究了批量调度问题【l'2】。在参考文献【1]和【2]中，Jeong先把

3、一批工件作为整体调度，然后按照分批原则进行调整。这是一种局部优化方法，很难得到最优解。Candido和Khator／31认为把一批工件分多次运输能缩短生产周期，但他们只研究了单工艺路线的情况。Cetinkaya【4J、Kropp和Snuntl5]分别研究了流水车间批量调度问题，虽然他们都得到了最优解，但不能应用于作业车间调度中。总之，上述研究采用的模型简单，与实践脱节较大。因此，为了促进企业生产管理的现代化，提高我国企业的竞争力，迫切需要一种适合我国企业生产的批量调度优化方法。1多工艺路线的批量调度问题描述结合生产实践，研究了多工艺路线的批

4、量调度问题。该问题可描述为：有M台机床Ⅳ种工件，每种工件包含多道工序，能加工某一工序的机床有多·国家自然科学基金资助项I

5、(59990470)。20030408收到初稿，20031015收到修改稿台，工序的加工时间随机床的性能不同而变化。每种工件有多个，问如何为这些工件分配机床，使生产周期最小。下面是针对该调度模型的假设：①工序的加工时间是确定的，工件的装卸时间计算在加工时间内。②不同工件的工序之间没有先后约束。③每台机床同一时刻只能加工一个工件。④批量启动时间也是确定的。⑤在零时刻，所有的工件都可被加工。⑥工件的运输时间被考虑到批量启动时

6、间内。⑦工件的生产批量分配原则是确定的。⑧工件的运输批量是确定的。⑨工序一旦进行加工不能中断。这是典型的NP(非多项式界)难题，近年发展起来的遗传算法对该类问题的求解具有较为显著的优势【6，。”。将遗传算法与工序优先级调度算法相结合，提出了一种全局优化的批量生产调度方法。仿真结果表明该方法是可行的，能取得较好的结果。2批量生产调度策略假设在6台机床的加工系统中，有4种工件等待加工，每种工件都要求生产6个，单个工件在各机床上的加工时间见表1。工序的批量启动时间等于单个工序的加工时间。2．1辅助生产时间在生产过程中，为了加工工件常常需要做一些辅

7、助工作，譬如调整工具、更换夹具、更换模具、启动机床和安装拆卸工件等，这些辅助工作所消耗的时间称为辅助生产时间。在经典调度模型中，辅助生产时间是考虑在加工时间内的。但研究发现，辅助工作可分为两种，一种是在工件到来后才能进万方数据2004年4月潘全科等：多工艺路线的批量生产调度优化37行的工作，如装卸工件和启动机床，这些辅助工作所消耗的时间可以考虑在加工时间内。一种是在工件到达前就能进行的工作，如调整工具和更换夹具，这些工作与工件类型相关，对同一种工件，只需要进行一次，它所消耗的时间称为批量启动时间，显然，批量启动时间可以与加工时间分开来考虑。

8、这样，如果事先知道加工工件的后续机床，就能提前做好准备工作，使工件到达后立即开工，提高生产率。表1单个工件在各机床上的加工时间hO56Cl4352139120979D1645213对于上例，按照经典调度方法，把一批工件看作一个整体，并且批量启动时间包含在工序的加工时间内，采用遗传算法，得到最佳调度甘特图为图1，生产周期为119h。图中字母表示工件类型，白色小方块的长度为批量加工时间，黑色小方块的长度为批量启动时间。加工时间t／h图l按照经典调度方法得到的最佳调度甘特图仍然把一批工件作为一个整体，把批量启动时间与工序加工时间分开调度，得到的甘

9、特图为图2。生产周期为107h，生产率提高10％。i姜：31图2批量启动时间与加工时间分开的调度甘特图2．2多次运输在批量生产中，如果等一批工件全部完工后再转移到后续机床，势必造