本發(fā)明屬于車間調(diào)度相關(guān)，更具體地，涉及一種帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著數(shù)控加工設(shè)備在離散制造行業(yè)的廣泛應(yīng)用，以及中小批量定制化產(chǎn)品需求的快速增長(zhǎng)，柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)模式逐漸成為除流水線作業(yè)外最常用的加工模式之一。例如，航天裝備典型零部件的機(jī)加工車間通常配置多臺(tái)不同型號(hào)的設(shè)備，用于加工工藝路線各異的多種零部件。同一道工序在加工時(shí)可以選擇多臺(tái)設(shè)備，這是柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)模式的重要特點(diǎn)。與之相關(guān)的調(diào)度問(wèn)題，即柔性制造系統(tǒng)調(diào)度問(wèn)題(flexible?manufacturingsystem，fms)，因其復(fù)雜性和廣泛的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，成為過(guò)去二十年來(lái)調(diào)度領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。

2、在智能制造的背景下，企業(yè)依賴自動(dòng)化生產(chǎn)線來(lái)提升生產(chǎn)效率，其中雙rgv(railguided?vehicle)系統(tǒng)作為一種自動(dòng)化物流與生產(chǎn)線技術(shù)方案，被視為解決高效物流和自動(dòng)化加工的關(guān)鍵技術(shù)。rgv(軌道式引導(dǎo)車)是一種在制造環(huán)境中負(fù)責(zé)物料運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備，而雙rgv系統(tǒng)由兩臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行的rgv組成，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)操作。然而，當(dāng)前雙rgv系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的利用效率較低，主要體現(xiàn)在任務(wù)分配與路徑規(guī)劃的優(yōu)化不足。雙rgv在協(xié)同作業(yè)時(shí)，往往缺乏高效的調(diào)度機(jī)制，導(dǎo)致任務(wù)分配不均甚至沖突頻發(fā)。此外，由于無(wú)法充分結(jié)合復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境中加工任務(wù)的節(jié)奏和優(yōu)先級(jí)，運(yùn)輸資源得不到合理利用，進(jìn)一步增加了物料運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間成本。這種物流與加工節(jié)奏不匹配的問(wèn)題，不僅降低了雙rgv系統(tǒng)的整體效率，也制約了柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)模式的潛力發(fā)揮。

3、尤其是在將雙rgv系統(tǒng)與柔性制造系統(tǒng)的調(diào)度問(wèn)題結(jié)合考慮時(shí)，問(wèn)題復(fù)雜性顯著增加。fms問(wèn)題本身已包含多設(shè)備選擇、多工序安排、多約束條件等復(fù)雜因素，而引入雙rgv系統(tǒng)后，調(diào)度優(yōu)化需同時(shí)兼顧物流調(diào)度、加工任務(wù)分配和路徑規(guī)劃等多個(gè)維度。這種系統(tǒng)化的優(yōu)化需求大幅提高了解決方案的復(fù)雜性，不僅對(duì)算法性能提出了更高要求，還需解決多目標(biāo)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)環(huán)境下資源調(diào)度的難題。

4、綜上所述，雖然現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于柔性制造系統(tǒng)fms問(wèn)題的研究取得了很大的進(jìn)展，但是缺乏針對(duì)雙rgv系統(tǒng)與fms問(wèn)題進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化的相關(guān)研究。為了實(shí)現(xiàn)雙rgv系統(tǒng)與柔性制造系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化，企業(yè)亟需一種新的高效的帶雙軌道導(dǎo)引車的柔性制造系統(tǒng)調(diào)度方法，以解決實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度方法及系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏針對(duì)雙軌道式導(dǎo)引車系統(tǒng)與柔性制造系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度方法，包括：

3、考慮柔性車間加工工序的機(jī)器約束以及軌道式導(dǎo)引車搬運(yùn)約束，以最小化最大完工時(shí)間為目標(biāo)，構(gòu)建帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度模型；通過(guò)優(yōu)化算法對(duì)所述柔性車間生產(chǎn)調(diào)度模型進(jìn)行迭代求解，得到柔性車間生產(chǎn)調(diào)度方法；

4、在迭代求解時(shí)，將工序加工順序、工序加工機(jī)器選擇以及工序?qū)б囘x擇分別編碼形成染色體，三個(gè)染色體對(duì)應(yīng)一個(gè)解；且對(duì)每次迭代產(chǎn)生的解執(zhí)行基于運(yùn)動(dòng)沖突修復(fù)解碼算子，所述基于運(yùn)動(dòng)沖突修復(fù)解碼算子具體為：

5、在將三個(gè)染色體解碼為調(diào)度方案時(shí)，對(duì)于工序加工順序染色體上的每一道工序，判斷工序選擇的導(dǎo)引車在完成工序搬運(yùn)任務(wù)的過(guò)程中與另一導(dǎo)引車的運(yùn)動(dòng)軌跡是否存在沖突，若無(wú)沖突，則工序選擇的導(dǎo)引車正常完成工序搬運(yùn)任務(wù)；若存在沖突，則對(duì)工序選擇的導(dǎo)引車的位置和/或搬運(yùn)時(shí)間進(jìn)行協(xié)調(diào)待沖突解除再執(zhí)行工序的搬運(yùn)任務(wù)。

6、根據(jù)本發(fā)明提供的帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度方法，在迭代求解時(shí)，解的具體編碼結(jié)構(gòu)如下：

7、第一層編碼表示柔性車間加工工件對(duì)應(yīng)的所有工序的順序，編碼的基因位置由加工工件編號(hào)組成，編碼中加工工件編號(hào)出現(xiàn)的次數(shù)為加工工件的工序數(shù)量，且同一加工工件編號(hào)出現(xiàn)的順序?yàn)榧庸すぜ墓ば蝽樞颍?/p>

8、第二層編碼表示加工工件對(duì)應(yīng)的所有工序的加工機(jī)器選擇，編碼從左到右對(duì)應(yīng)從小到大編號(hào)的加工工件的工序，且每個(gè)加工工件的工序從左到右按照先后順利依次排列；

9、第三層編碼表示加工工件對(duì)應(yīng)的所有工序的導(dǎo)引車選擇，編碼的基因位置由導(dǎo)引車編號(hào)組成，編碼從左到右對(duì)應(yīng)從小到大編號(hào)的加工工件的工序，且每個(gè)加工工件的工序從左到右按照先后順利依次排列。

10、根據(jù)本發(fā)明提供的帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度方法，所述基于運(yùn)動(dòng)沖突修復(fù)解碼算子，具體包括：

11、對(duì)于工序加工順序染色體，從左端開(kāi)始依次對(duì)每一道工序進(jìn)行基于運(yùn)動(dòng)沖突修復(fù)的解碼，獲取無(wú)運(yùn)動(dòng)沖突的調(diào)度方案。

12、根據(jù)本發(fā)明提供的帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度方法，所述基于運(yùn)動(dòng)沖突修復(fù)解碼算子中，對(duì)于工序加工順序染色體上的每一道工序，判斷工序選擇的導(dǎo)引車在完成工序搬運(yùn)任務(wù)的過(guò)程中與另一導(dǎo)引車的運(yùn)動(dòng)軌跡是否存在沖突，具體包括：

13、對(duì)于工序加工順序染色體上的每一道工序，判斷當(dāng)前工序選擇的導(dǎo)引車記為rgv1，并判斷當(dāng)前工序是否屬于加工工件的第一道工序，若是，則判斷無(wú)運(yùn)動(dòng)沖突；

14、若否，則判斷當(dāng)前工序?qū)?yīng)加工工件的前序加工機(jī)器位置，記為pos1；當(dāng)前工序?qū)?yīng)的目標(biāo)加工機(jī)器位置，記為pos2；以及rgv1的當(dāng)前位置，記為poscurrent；同時(shí)，在忽略運(yùn)動(dòng)沖突的前提下，判斷rgv1移動(dòng)至pos1以及pos2的時(shí)刻，分別記為t1以及t2；

15、確定[t1,t2]時(shí)間段內(nèi)，另一導(dǎo)引車rgv2所處位置的最小值posmin以及最大值posmax；判斷[posmin,posmax]與[pos1，pos2]是否存在路徑重疊，若是，則判斷存在運(yùn)動(dòng)沖突；若否，則判斷無(wú)運(yùn)動(dòng)沖突。

16、根據(jù)本發(fā)明提供的帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度方法，所述基于運(yùn)動(dòng)沖突修復(fù)解碼算子中，若存在沖突，則對(duì)工序選擇的導(dǎo)引車的位置和/或搬運(yùn)時(shí)間進(jìn)行協(xié)調(diào)待沖突解除再執(zhí)行工序的搬運(yùn)任務(wù)，具體包括：

17、若存在沖突，判斷poscurrent是否在[posmin,posmax]范圍內(nèi)；

18、若則將rgv1保持不動(dòng)，停留在poscurrent，直至rgv2完成對(duì)應(yīng)工序搬運(yùn)任務(wù)；

19、若poscurrent∈[posmin,posmax]，則移動(dòng)rgv1至[posmin,posmax]之外安全距離處停留，直至rgv2完成對(duì)應(yīng)工序搬運(yùn)任務(wù)。

20、根據(jù)本發(fā)明提供的帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度方法，所述柔性車間生產(chǎn)調(diào)度模型中軌道式導(dǎo)引車的時(shí)間約束條件如下：

21、

22、

23、其中，tsi,j表示工序oi,j的運(yùn)輸開(kāi)始時(shí)間；在工序oi′,j′的搬運(yùn)起始時(shí)間晚于工序oi,j的搬運(yùn)起始時(shí)間時(shí)取1，否則為0；tci′,j′表示工序oi′,j′的運(yùn)輸結(jié)束時(shí)間；tci,j表示工序oi,j的運(yùn)輸結(jié)束時(shí)間；在工序oi′,j′的搬運(yùn)完成時(shí)間晚于工序oi,j的搬運(yùn)起始時(shí)間時(shí)取1，否則為0；在工序oi′,j′的搬運(yùn)開(kāi)始時(shí)間晚于工序oi,j的搬運(yùn)完成時(shí)間時(shí)取1，否則為0；在工序oi′,j′的搬運(yùn)完成時(shí)間晚于工序oi,j的搬運(yùn)完成時(shí)間時(shí)取1，否則為0；m為常數(shù)。

24、根據(jù)本發(fā)明提供的帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度方法，所述柔性車間生產(chǎn)調(diào)度模型中軌道式導(dǎo)引車的位置約束條件如下：

25、

26、其中，表示工序oi,j的運(yùn)輸開(kāi)始位置；表示工序oi′,j′的運(yùn)輸開(kāi)始位置；表示工序oi,j的運(yùn)輸結(jié)束位置；表示工序oi′,j′的運(yùn)輸結(jié)束位置；sd表示rgv之間需保持的安全距離；zi,j,r在工序oi,j由軌道式導(dǎo)引車r上加工時(shí)取值為1，否則為0；r＝1或2。

27、根據(jù)本發(fā)明提供的帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度方法，通過(guò)遺傳算法對(duì)所述柔性車間生產(chǎn)調(diào)度模型進(jìn)行迭代求解，具體包括：

28、采用隨機(jī)初始化策略，生成初始種群；

29、對(duì)初始種群中的個(gè)體執(zhí)行基于運(yùn)動(dòng)沖突修復(fù)解碼算子；

30、計(jì)算種群中個(gè)體的適應(yīng)度，并根據(jù)選擇策略對(duì)種群中個(gè)體進(jìn)行選擇，生成新的種群；

31、進(jìn)行種群個(gè)體染色體間的交叉；

32、對(duì)種群中的個(gè)體執(zhí)行變異算子；

33、對(duì)種群中的個(gè)體執(zhí)行基于運(yùn)動(dòng)沖突修復(fù)解碼算子；

34、當(dāng)滿足設(shè)定的終止條件時(shí)，停止迭代，輸出此時(shí)種群中適應(yīng)度最大的個(gè)體作為最優(yōu)調(diào)度方法；否則回到選擇策略步驟。

35、按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器及處理器，所述存儲(chǔ)器儲(chǔ)存有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)執(zhí)行上述任一項(xiàng)所述的帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度方法。

36、按照本發(fā)明的第三方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述任一項(xiàng)所述的帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度方法。

37、總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的帶雙軌道式導(dǎo)引車的柔性車間生產(chǎn)調(diào)度方法及系統(tǒng)：

38、1.考慮工序的加工機(jī)器約束及軌道導(dǎo)引車約束，提出三層編碼結(jié)構(gòu)，且設(shè)計(jì)了一種基于運(yùn)動(dòng)沖突修復(fù)解碼方式，在迭代過(guò)程中執(zhí)行基于運(yùn)動(dòng)沖突修復(fù)解碼，該方式既能夠滿足軌道導(dǎo)引車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不發(fā)生路徑重疊，保證染色體的可行性；同時(shí)能夠保證修復(fù)過(guò)程中底層機(jī)加工序的相對(duì)順序不發(fā)生改變，在滿足可行性的同時(shí)盡可能減少對(duì)初始解的破壞，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)解空間更高效的探索；能夠?qū)崿F(xiàn)帶雙rgv的柔性制造系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化調(diào)度；

39、2.針對(duì)雙軌道導(dǎo)引車的搬運(yùn)導(dǎo)引車分配問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種三層編碼方式，使得算法運(yùn)行不會(huì)出現(xiàn)不可行解，提高了算法的搜索效率；

40、3.可以針對(duì)帶雙軌道導(dǎo)引車的柔性制造系統(tǒng)的生產(chǎn)環(huán)境提供優(yōu)質(zhì)的排產(chǎn)調(diào)度方案，兼具了靈活性、經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)，也方便根據(jù)實(shí)際需要改變調(diào)度方案；可以提高生產(chǎn)穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品制造周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。