基于st的啟發(fā)式算法的三階段柔性流水車間調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于ST的啟發(fā)式算法的三階段柔性流水車間調(diào)度方法，基于ST的啟發(fā)式算法的三階段柔性流水車間調(diào)度方法，包括如下步驟：步驟一：提出一類考慮中成組約束的、工件批量到達(dá)的三階段柔性流水車間調(diào)度問題，且用Graham的三元組來描述這樣一類問題：；步驟二：建三階段柔性流水車間調(diào)度問題的優(yōu)化模型；步驟三：提出一種基于ST思想的啟發(fā)式算法；步驟四：設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)ST啟發(fā)式算法進(jìn)行了仿真調(diào)度。本發(fā)明為求解帶成組約束的柔性流水車間調(diào)度問題提供一套完整的求解算法，解決了中成組約束的三階段柔性流水車間調(diào)度問題。
【專利說明】基于ST的啟發(fā)式算法的三階段柔性流水車間調(diào)度方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及柔性流水車間調(diào)度領(lǐng)域，尤其涉及一種基于ST的啟發(fā)式算法的三階 段柔性流水車間調(diào)度方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 柔性流水車間（Flexible flow shop, FFS)調(diào)度問題在離線制造系統(tǒng)中普遍存 在，對(duì)其進(jìn)行研究具有重要理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。經(jīng)典的柔性流水車間調(diào)度可描述為： 有s類處理機(jī)，第j類有sj個(gè)同等并行機(jī)每個(gè)工件有s道工序，每道工序需要在每類同等 并行機(jī)中的一個(gè)處理機(jī)上加工,且每個(gè)工件的加工順序相同。對(duì)于經(jīng)典的柔性流水車間調(diào) 度問題已經(jīng)有不少的研究成果。然而，經(jīng)典柔性流水車間調(diào)度問題對(duì)實(shí)際調(diào)度環(huán)境做了較 大的簡(jiǎn)化，例如，所有工件在零時(shí)刻到達(dá)；機(jī)器都是同等并行機(jī)等。在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中調(diào)度 環(huán)境要復(fù)雜多，出于理論研究和工程實(shí)際的需要，研究者提出了各種FFS調(diào)度問題模型并 研究了其相應(yīng)的算法，如考慮工件帶到達(dá)時(shí)間、考慮工件加工時(shí)間不確定、考慮機(jī)器為非同 等并行機(jī)等FFS調(diào)度問題。目前針對(duì)帶成組約束的FFS調(diào)度問題的研究成果并不多，有的 考慮了混雜的二階段流水作業(yè)問題，其中第一階段由m臺(tái)并行機(jī)組成，第二階段由一臺(tái)批 處理機(jī)組成，并以最少化最大完工時(shí)間為研究目標(biāo)；有的以模具電極加工作為研究背景， 考慮了具有數(shù)控加工 CNC(Computer Numerical Control，CNC)和電火花 EDM(Electrical Discharge Machining, EDM)兩道工序且后工序帶有成組特征的柔性流水車間調(diào)度問題進(jìn) 行了研究，以最少化電極總拖期量為目標(biāo)，提出了一種啟發(fā)式算法。事實(shí)上，帶成組約束的 柔性流水車間調(diào)度問題普遍存在于離散制造行業(yè)，例如工件的熱處理、模具行業(yè)中的電火 花等，本發(fā)明根據(jù)出現(xiàn)成組約束的位置不同把該類問題分為三種子類問題：前成組約束、后 成組約束和中成組約束柔性流水車間。
[0003] 通過對(duì)上面的分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)于FFS問題的研究，大多數(shù)只是局限在兩階段的柔性 流水車間調(diào)度問題，對(duì)三階段或者多階段的柔性流水車間調(diào)度問題的研究相對(duì)來說較少， 更沒有發(fā)現(xiàn)對(duì)于具有中成組約束的三階段柔性流水車間調(diào)度問題的研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于ST的啟發(fā)式算法的三階段柔性流水車間調(diào)度方 法，為求解帶成組約束的柔性流水車間調(diào)度問題提供一套完整的求解算法，解決了中成組 約束的三階段柔性流水車間調(diào)度問題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案： 基于ST的啟發(fā)式算法的三階段柔性流水車間調(diào)度方法，包括如下步驟： 步驟一：提出一類考慮中成組約束的、工件批量到達(dá)的三階段柔性流水車間調(diào)度問題， 并且每階段都是由非同等并行機(jī)構(gòu)成，且用Graham的三元組來描述這樣一類問題：

【權(quán)利要求】
1. 基于ST的啟發(fā)式算法的三階段柔性流水車間調(diào)度方法，包括如下步驟： 步驟一：提出一類考慮中成組約束的、工件批量到達(dá)的三階段柔性流水車間調(diào)度問題， 并且每階段都是由非同等并行機(jī)構(gòu)成，且用Graham的三元組來描述這樣一類問題：
步驟二：在對(duì)中成組約束進(jìn)行了定義和數(shù)學(xué)描述的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建三階段柔性流水 車間調(diào)度問題的優(yōu)化模型； 步驟三：通過對(duì)該類調(diào)度問題的分析，得到問題的下界和一個(gè)定理，提出一種基于ST 思想的啟發(fā)式算法，其中ST算法的核心思想如下： 步驟1 :應(yīng)用啟發(fā)式算法對(duì)輔助問題
進(jìn)行求解，得到原問題的一個(gè) 初始加工隊(duì)列爐； 步驟2 :根據(jù)分配規(guī)則分別安排工件在三個(gè)加工單元的機(jī)器上加工； 因此，本發(fā)明提出一種基于TS算法的啟發(fā)式算法TSM，求解
問題； 步驟四：設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)ST啟發(fā)式算法進(jìn)行了仿真調(diào)度。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于ST的啟發(fā)式算法的三階段柔性流水車間調(diào)度方法，其特征 在于，所示TSM算法包括如下步驟： 步驟一：運(yùn)用R-S算法（R-S算法的求解輔助問題_
，得到工件加工列 表51 ; 步驟二：根據(jù)FAM規(guī)則，依次安排#的工件在第一個(gè)加工單元的機(jī)器上加工； 步驟三：依據(jù)B類工件在第一個(gè)加工單元的完工時(shí)間不減排序，得到B類工件在第二個(gè) 加工單元加工的隊(duì)列S3 ; 步驟四：根據(jù)FAM規(guī)則，依次安排S2的工件和與其協(xié)同加工A類工件在第二個(gè)加工單 元的機(jī)器上加工； 步驟五：根據(jù)LBM規(guī)則，安排S1的工件在第三個(gè)加工單元的機(jī)器上加工。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于ST的啟發(fā)式算法的三階段柔性流水車間調(diào)度方法，其特征 在于，所述問題
的數(shù)學(xué)模型如下：
約束條件為：

以下是數(shù)學(xué)模型用到的變量： 4 :第 i 個(gè) A 類工件，i=l，2，.··，/?; A :第J·個(gè)B類工件，戶1，2，...，7 ; :加工單元J的機(jī)器數(shù)量，7=1，2, 3; jfU :工件7在加工單元￠/的到達(dá)時(shí)間，/=1,2，…，（/?+<7); ifW:加工單元J中第左臺(tái)機(jī)器，左=1，2,…，叫； 為-:B類工件」％在第二道序加工時(shí)需要A類工件協(xié)同加工的第i個(gè)工件； Piw :工件/在加工單元i/第A臺(tái)機(jī)器上的加工時(shí)間； & :工件7在加工單元i/加工的開始加工時(shí)間 & :工件/在加工單元i/加工的完工時(shí)間； :工件-在第二道工序需要A類工件協(xié)同加工的工件集； Aii 件集的數(shù)量； 二進(jìn)制變量：
上述的表達(dá)式中：式（1)表示問題的目標(biāo)函數(shù)，最小化工件最大完工時(shí)間；式（2)表示 目標(biāo)函數(shù)值等于最后一個(gè)完工的工件完工時(shí)間；式（3)表示每個(gè)工件必須在每個(gè)加工單元 中的一臺(tái)機(jī)器上加工；式（4)計(jì)算每個(gè)工件在每個(gè)加工單元加工的完工時(shí)間；式（5)表示 工件在每個(gè)加工單元的開始加工時(shí)間不能早于其在該加工單元的到達(dá)時(shí)間；式（6)表示工 件在下一個(gè)加工單元的到達(dá)時(shí)間等于該工件在上一個(gè)加工單元的完工時(shí)間；式（7)表示在 第一和第三個(gè)加工單元的機(jī)器同一時(shí)間只能加工一個(gè)工件；式（8)表示A類工件在第二道 序需要成組加工的工件集；式（9)表示第二加工單元的機(jī)器同一時(shí)間只能加工一個(gè)B類工 件；式（10)表示B類工件需要與其對(duì)應(yīng)的A類工件在第二個(gè)加工單元中具有成組加工，并 且A類工件具有并行加工特點(diǎn)；式（11)表示A類工件成組后的工件總數(shù)等于成組前的工件 總數(shù)。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104392124SQ201410656544
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】楊海東, 黎展?jié)? 劉國(guó)勝, 張沙清, 郭建華 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)