多组同时完工工序综合调度的多功能设备预选矩阵方法

技术领域

多组同时完工工序综合调度的多功能设备预选矩阵方法。

背景技术

针对多组同时完工工序综合调度的问题已有研究，为获得较优的调度结果的目的出发，提出的解决方法：首先分别计算特征工序集合和标准工序层级权值，特征工序集合与标准工序采用长路径动态确定策略确定加工顺序，集合内特征工序采用多功能设备预选矩阵方法，利用预选矩阵确定特征工序的加工设备和完工时间，采用设备资源抢占适应策略确定标准工序的开始加工时间。目前存在多工序同时完工的调度方法，由于采用将加工工艺树，分为特征工序集合前序工序、特征工序集合特征工序集合后序工序三个部分，割裂了加工工艺树的整体性，导致产品完成时间较长。

在本发明方法使用过程中，用到了层级权值策略、长路径动态确定策略、多功能设备预选矩阵方法和设备资源抢占适应策略。层级权值策略是将特征工序集合中工序最大值设定为该组的层级权值。长路径动态确定策略是根据动态调度的结果，计算加工工艺树特征工序集合与标准工序的路径长度后，确定调度顺序。多功能设备预选矩阵方法以特征工序集合前序工序最晚完工时间作为基准时间，与特征工序的初始多功能设备加工用时相加，得到特征矩阵数据元素，该数据元素为特征工序在多功能设备上的虚拟加工用时，若某特征工序在某加工设备上不可用，该数据元素设为∞(无穷大)，若形成的预选矩阵不是方阵，则添加虚特征工序或虚设备，其加工用时设定为∞(无穷大)，并形成方阵，将该方阵每一列独立形成二分图，在该二分图开始以最小的最大加工时间为目标寻找最大匹配，如果匹配数等于特征工序数量，则匹配结束，若匹配数少于特征工序数量，则根据特征工序选择加工设备具有互斥特性，选择次小值继续匹配，直到最后匹配数等于特征工序数量为止，该匹配序列即为一个特征工序集合对多功能设备的选择，最后依据统一完工时间进行右对齐操作，从而确定特征工序集合中工序的开始时间。设备资源抢占适应策略是调度在利用加工设备闲时，选取既能满足加工时长，又满足多个空余时间内最小值作为该工序加工时间，该策略用于对标准工序确定开始加工时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种多组同时完工工序综合调度的多功能设备预选矩阵方法。针对该问题已有的研究，其方法一般将加工工艺树，分为特征工序集合前序工序、特征工序集合和特征工序集合后序工序三个部分，割裂了加工工艺树的整体性，导致产品完成时间较长和操作复杂以及设备资源空闲的问题，提出存在多组同时完工工序综合调度的多功能设备预选矩阵方法。

层级权值策略分别计算特征工序集合和标准工序层级权值。该策略将特征工序集合中层级权值最大值作为该组的层级权值。提高了特征工序集合的整体性，扩大了解的空间。

长路径动态确定策略是依次计算特征工序集合和标准工序路径长度，确定特征工序集合和标准工序的调度顺序。

多功能设备预选矩阵方法以特征工序集合前序工序最晚完工时间作为基准时间，与特征工序的初始多功能设备加工用时相加，得到特征矩阵数据元素，该数据元素为特征工序在多功能设备上的虚拟加工用时，若某特征工序在某加工设备上不可用，该数据元素设为∞(无穷大)，若形成的预选矩阵不是方阵，则添加虚特征工序，其加工用时设定为∞(无穷大)，并形成方阵，将该方阵每一列独立形成二分图，在该二分图开始以最小的最大加工时间为目标寻找最大匹配，如果匹配数等于特征工序数量，则匹配结束，若匹配数少于特征工序数量，则根据特征工序选择加工设备具有互斥特性，选择次小值继续匹配，直到最后匹配数等于特征工序数量为止，该匹配序列即为一个特征工序集合对多功能设备的选择，最后依据统一完工时间进行右对齐操作，从而确定特征工序集合中工序的开始时间。

上述目的是通过以下技术手段实现的：

多组同时完工工序综合调度的多功能设备预选矩阵方法，该方法主要包括如下步骤：采用层级权值策略确定特征工序集合和标准工序的层级权值；再采用长路径动态确定策略确定特征工序集合和标准工序调度顺序；采用多功能设备预选矩阵方法确定特征工序的加工设备和完工时间；采用设备资源抢占适应策略确定标准工序开始加工时间。

所述的存在多组同时完工的多功能作业车间综合调度方法，其特征是：所述的调度方法具体实施步骤如下：

步骤1：输入设备与产品信息生成加工工艺树；

步骤2：将加工工艺树中所有特征工序按加工完工时间分组；

步骤3：采用层级权值策略确定特征工序集合和标准工序的层级权值；

步骤4：采用长路径动态确定策略确定特征工序集合和标准工序调度顺序；

步骤5：采用多功能设备预选矩阵方法确定特征工序的加工设备和开始加工时间；

步骤6：采用设备资源抢占适应策略确定标准工序开始加工时间；

步骤7：输出调度结果甘特图。

所述的存在多组同时完工的多功能作业车间综合调度方法，其特征是：将特征工序集合视为一个整体，采用层级权值策略，计算特征工序集合和标准工序层级权值，降序排列特征工序集合和标准工序层级权值。

所述的多功能设备预选矩阵方法，其特征是：所述的多功能设备预选矩阵方法，该方法以特征工序集合前序工序最晚完工时间作为基准时间，与特征工序的初始多功能设备加工用时相加，得到特征矩阵数据元素，该数据元素为特征工序在多功能设备上的虚拟加工用时，若某特征工序在某加工设备上不可用，该数据元素设为∞(无穷大)，若形成的预选矩阵不是方阵，则添加虚特征工序，其加工用时设定为∞(无穷大)，并形成方阵，将该方阵每一列独立形成二分图，在该二分图开始以最小的最大加工时间为目标寻找最大匹配，如果匹配数等于特征工序数量，则匹配结束，若匹配数少于特征工序数量，则根据特征工序选择加工设备具有互斥特性，选择次小值继续匹配，直到最后匹配数等于特征工序数量为止，该匹配序列即为一个特征工序集合对多功能设备的选择，最后依据统一完工时间进行右对齐操作，从而确定特征工序集合中工序的开始时间。

有益效果：

1.本发明通过对多组同时完工工序综合调度的问题分析，采用层级权值策略计算特征工序集合和标准工序层级权值，采用长路径动态确定策略确定特征工序集合和标准工序调度顺序，采用多功能设备预选矩阵方法确定特征工序加工设备和开始加工时间，采用设备资源抢占适应策略确定标准工序开始加工时间，提高了设备的使用率和调度的整体性，优化了调度完工时长。

2.本发明针对多组同时完工的多功能作业车间综合调度问题，首次将特征工序集合作为整体计算其特征数据。在综合调度研究领域有关多工序同时完工问题的解决方案大多采用分级调度，把特征工序和标准工序分割调度。而本篇文章创新性首次将一个特征工序集合视为一个特征工序，采用预选矩阵进行综合调度，使得车间作业的效率得到提高。

附图说明：

附图1本发明的产品加工工序调度流程图。

附图2本发明的某产品加工工艺树图例。

在附图2中信息表示“工序号/可选加工设备1.2…n/加工设备用时1.2…n/特征工序组序号”。以工序15为例。信息“A15/2,4/4,2/0”分别表示该工序序号为15，该工序可以在设备2和设备4上进行加工，用时分别是4和2，不属于特征工序组内工序。再以工序7为例。信息“A7/2,3/4,6/2”分别表示该工序序号为7，该工序可以在设备2和设备3上进行加工，用时分别是4和6，属于特征工序组2内工序。

附图3本发明的对附图1产品加工工艺树调度结果甘特图。

附图4是现有技术对附图1产品加工工艺树调度结果甘特图。

具体实施方式

实施例1：

一种多组同时完工工序综合调度的多功能设备预选矩阵方法，其特征是：主要包括如下步骤：采用层级权值策略确定特征工序集合和标准工序的层级权值；再采用长路径动态确定策略确定特征工序集合和标准工序调度顺序；采用多功能设备预选矩阵方法确定特征工序的加工设备和完工时间；采用设备资源抢占适应策略确定标准工序开始加工时间；本发明用于多组同时完工工序综合调度问题。

实施例2：

上述的多组同时完工工序综合调度的多功能设备预选矩阵方法，其特征是：所述的调度方法具体实施步骤如下：

步骤1：输入设备与产品信息生成加工工艺树；

步骤2：将加工工艺树中所有特征工序按加工完工时间分组；

步骤3：采用层级权值策略确定特征工序集合和标准工序的层级权值；

步骤4：采用长路径动态确定策略确定特征工序集合和标准工序调度顺序；

步骤5：采用多功能设备预选矩阵方法确定特征工序的加工设备和开始加工时间；

步骤6：采用设备资源抢占适应策略确定标准工序开始加工时间；

步骤7：输出调度结果甘特图。

实施例3：

上述的多组同时完工工序综合调度的多功能设备预选矩阵方法，其特征是：将特征工序集合视为一个整体，分别计算特征工序集合和标准工序的层级权值。

实施例4：

上述的多功能设备预选矩阵方法，该方法以特征工序集合前序工序最晚完工时间作为基准时间，与特征工序的初始多功能设备加工用时相加，得到特征矩阵数据元素，该数据元素为特征工序在多功能设备上的虚拟加工用时，若某特征工序在某加工设备上不可用，该数据元素设为∞(无穷大)，若形成的预选矩阵不是方阵，则添加虚特征工序，其加工用时设定为∞(无穷大)，并形成方阵，将该方阵每一列独立形成二分图，在该二分图开始以最小的最大加工时间为目标寻找最大匹配，如果匹配数等于特征工序数量，则匹配结束，若匹配数少于特征工序数量，则根据特征工序选择加工设备具有互斥特性，选择次小值继续匹配，直到最后匹配数等于特征工序数量为止，该匹配序列即为一个特征工序集合对多功能设备的选择，最后依据统一完工时间进行右对齐操作，从而确定特征工序集合中工序的开始时间。

下面运用本文采用的方法调度产品A：

第一步：根据层级权值策略确定各工序层级权值。遍历工序信息可得层级权值为0的工序有：工序1，工序2，工序3，工序4，工序5。层级权值为1的工序有：特征工序集合2 {工序6，工序7，工序8}，工序9。层级权值为2的工序有：工序10，特征工序集合1{工序11，工序12}，工序13。层级权值为3的工序有：工序14，工序15，工序16。层级权值为4的工序有工序17。

第二步：根据长路径动态确定策略计算各工序的关键路径。其中特征工序集合的关键路径为组内工序关键路径的最大值。得到的工序1到工序17关键路径分别为{26，23，17，17，17，20，13，12，17，14，15，9，14，8，5，9，3}。在特征工序集合1中含有特征工序11和特征工序12，关键路径长度分别为15和9，所以特征工序集合1的路径长度为15。特征工序集合2中含有特征工序6、特征工序7和特征工序8，关键路径长度分别为6、20和13，故此特征工序集合2长度为20。

第三步：根据多功能设备预选矩阵方法确定特征工序的加工设备。根据上述策略确定的工序的加工设备为：{工序1:M3，工序2:M2，工序3:M4，工序4:M2，工序5:M4，工序6:M3，工序7:M2，工序8:M1，工序9:M1，工序10:M1，工序11:M3，工序12:M2，工序13:M4，工序14:M1，工序15:M4，工序16:M3，工序17:M3}。

第四步：进行入队操作。层级权值为0的工序有{工序1、工序2、工序3、工序4、工序5}。其路径长度分别为{26，23，17，17，17}。首先依次使工序1，工序2入队。因为工序3、工序4、工序5的路径长度均为17，根据长路径动态确定策略，工序4与工序5的加工时长大于工序3，所以先加工工序4与工序5，后加工工序3。层级权值为1的工序有特征工序集合2{工序6，工序7，工序8}，工序9。特征工序集合2的路径长度为20，工序9的路径长度为14，所以先调度工序9后调度特征工序集合2。故根据该策略入队调度顺序为{工序1，工序2，工序4，工序5，工序3，工序9，特征工序集合2，特征工序集合1，工序10，工序13，工序16，工序14，工序15，工序17}。

最后：从队列中依次取出工序，根据设备资源抢占适应策略确定工序的加工开始时间。直到队列为空，调度完工并输出甘特图。

实施例5：

下面将本发明调度方法与现有的优秀方法实例对比。附图3是采用现有方法进行调度的结果甘特图，完工工时是36。附图2是采用本文方法进行调度的结果甘特图，完工工时是30。本方法调度效果更好的原因是特征工序集合的整体调度，对特征工序集合和标准工序的层级权值、路径长度等关键指标进行整体计算，对特征工序集合采用预选矩阵确定加工设备，提高了多组同时完工工序调度的整体性。本文方法对存在多组同时完工的多功能作业车间加工操作相对简单，并且加工用时更短。