CN107942968B - 一种混合流水生产的调度方法和*** - Google Patents

一种混合流水生产的调度方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合流水生产的调度方法，涉及生产制造领域，包括步骤根据工件的目标需求和车间状态的约束设定机器分配原则；利用最小柔性工件规则和最小柔性机器规则进行工作和机器的初始化分配；设定调度条件为：每个机器当前的工作负荷占该机器总工作负荷的比例近似相等；根据复合分派规则得到计算每项工作优先级的函数，所述函数与工作或机器的属性相关；在满足所述调度条件的情况下，将工作和机器的初始化分配结果代入到工作优先级的函数中，得到每项工作的优先级，进而得到机器的分配方案和工作排序方案。本发明提供的混合流水生产的调度方法，可有效分配产线和机器资源，调度更加灵活，效率更高。

Description

一种混合流水生产的调度方法和***
技术领域
本发明涉及生产制造领域，具体涉及一种混合流水生产的调度方法和***。
背景技术
PCBA(Printed Circuit Board Assembly)设备由多个PCB组件组装组成，由PCBA工厂中同一产线上不同的SMT机台串行完成每个PCB组件的组装，当某一SMT机台组装完成一个PCB组件后，产品移动到下一个SMT机台位置，进行下一个PCB组件的组装。
由于PCB板类型多种多样，为了满足多样化生产的需求，需要提高SMT机台的柔性，每个SMT机台均分配若干不同的组件，SMT机台可以组装不同产品型号的PCB板所需的不同组件，从而使得每个SMT机台在组装不同型号的PCB板时具有不同的柔性，每个型号的PCB板在不同的SMT机台上组装时也具有不同的柔性，增加了SMT机台组装PCB板的灵活性。
然而，一方面，PCBA工厂中的SMT机台柔性和PCB板的柔性对PCBA工厂中不同SMT机台上不同型号的PCB板的精确分配有影响，并可影响调度排程的优化。因此，在PCBA工厂制作PCB板排程计划时，需要使用SMT机台柔性和PCB板的柔性。
另一方面，不同产品型号的PCB板对于在PCB板中不同位置组装的元件的类型和数量有不同的要求，导致在PCBA工厂中的不同SMT机台上PCB板组装的完成时间不同。
因此，SMT机台组装不同产品型号PCB板组件的柔性将会大大增加PCB板调度的复杂性，将会影响PCB板生产排程计划，使得如何合理分配产线和SMT机台资源成为调度的一大难题。
现有技术中，通常采用人工的方式进行PCB板生产排程，不仅效率低，调度不方便，而且无法有效分配产线和机器资源，造成资源浪费。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种混合流水生产的调度方法，可有效分配产线和机器资源，调度更加灵活，效率更高。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种混合流水生产的调度方法，包括步骤：
S1：根据工件的目标需求和车间状态的约束设定机器分配原则；
S2：利用最小柔性工件规则和最小柔性机器规则进行工作和机器的初始化分配，所述工作为完成工件组装的工作；
S3：设定调度条件为：每个机器当前的工作负荷占该机器总工作负荷的比例近似相等；
S4：根据复合分派规则得到计算每项工作优先级的函数，所述函数与工作或机器的属性相关；
S5：在满足所述调度条件的情况下，将工作和机器的初始化分配结果代入到工作优先级的函数中，得到每项工作的优先级，并对每项工作进行排序，即为PCB板生产排序，进而得到机器的分配方案和工作排序方案。
在上述技术方案的基础上，所述机器分配原则为：根据每项工作需要组装的组件个数选择相应数量的机器。
在上述技术方案的基础上，利用最小柔性工件规则和最小柔性机器规则进行工作和机器的初始化分配的具体方法为：优先考虑完成组装所需机器数量最少的PCB板，将该PCB板的生产工作作为首先处理的工作，并将组装该最小柔性PCB板的工作分配给可组装的PCB板组件类型最少的机器。
在上述技术方案的基础上，步骤S3包括步骤：
S301：计算机器k的总工作负荷：
式中，n为工作个数，Pik为第i个工作对机器k产生的工作负荷，Loadk为所有工作对机器k产生的总工作负荷；
S302：计算全部机器的总工作负荷：
式中，m为机器个数，Load为所有机器的总工作负荷之和；
S303：给定所有工作进入生产***的先后顺序，并用集合Si表示到第i个工作为止进入生产***的工作集，所述集合Si包括工作i；
令
式中，λ为第i个工作进入生产***前在机器k上完成的工作，Pλk为第λ个工作对机器k产生的工作负荷，αik表示工作i进入***时机器k当前的工作负荷占机器k总工作负荷的比例；
显然，0≤αik≤1，令αi1，αi2，…，αim尽可能接近理想值理想值的计算公式如下：
式中，
在上述技术方案的基础上，计算工作优先级的函数为：
式中：I表示优先级，i表示工作，ωi表示工件i在时间点t时加工前等待时间，pi表示工作i的加工时间，di表示工作i的工期，表示剩余工作的平均加工时间，l表示上一个该机器上被处理的工作，sli表示当工作l完成时工作i的准备时间，表示剩余工作的平均准备时间，K1和K2为规则比例参数；
由于，工期紧迫度因子τ＝1-(∑di)/(ndmax)；
工期范围因子R＝(dmax-dmin)/dmax；
准备时间重要性因子
K1＝4.5+R，R≤0.5
K1＝6-2R，R＞0.5
式中：di表示工作i的工期，n为工作个数，dmax为所有工作的工期最大值，dmin为所有工作的工期最小值，表示剩余工作的平均加工时间，表示剩余工作的平均准备时间；
计算得到K1和K2，并将K1和K2的值代入到计算工作优先级的公式中，得到计算工作优先级的函数。
在上述技术方案的基础上，在得到机器的分配方案和工作排序方案后还包括步骤：
S6：采用随机扰动搜索的方式对初始化分配方案进行局部变换，根据变换后的方案重新计算所有工作的优先级，并比较变换前和变换后的优先级方案，保留更优的优先级方案；
S7：继续变换分配方案，并比较优先级方案，直至达到搜索次数上限值，得到最优的工作排序方案和对应的最优机器分配方案。
在上述技术方案的基础上，所述工件的目标需求包括工件的产品类型、生产数量、工期。
在上述技术方案的基础上，所述车间状态的约束包括产线的数量、每条产线中机器的数量以及每个机器上分配的组件。
9、一种实现如权利要求1至8任一项所述混合流水生产的调度方法的***，其特征在于，包括：
输入模块，其用于根据工件的目标需求和车间状态的约束设定机器分配原则；
初始化模块，其用于利用最小柔性工件规则和最小柔性机器规则进行工作和机器的初始化分配，所述工作为完成工件组装的工作；
条件设定模块，其用于设定调度条件为每个机器当前的工作负荷占该机器总工作负荷的比例近似相等；
第一计算模块，其用于根据复合分派规则得到计算每项工作优先级的函数，所述函数与工作或机器的属性相关；
第二计算模块，其用于在满足所述调度条件的情况下，将工作和机器的初始化分配结果代入到工作优先级的函数中，得到每项工作的优先级，并对每项工作进行排序，即为PCB板生产排序，进而得到机器的分配方案和工作排序方案。
在上述技术方案的基础上，还包括第三计算模块，其用于采用随机扰动搜索的方式对初始化分配方案进行局部变换，根据变换后的方案重新计算所有工作的优先级，并比较变换前和变换后的优先级方案，保留更优的优先级方案，并继续变换分配方案，比较优先级方案，直至达到搜索次数上限值，得到最优的工作排序方案和对应的最优机器分配方案。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的混合流水生产的调度方法，采用最小柔性工件规则和最小柔性机器规则进行初始化分配，简单方便，并根据复合分派规则得到计算每项工作优先级的函数，通过函数计算即可得到工作优先级排序，从而使得有效分配产线和机器资源的同时，调度更加灵活，效率更高。
(2)本发明的混合流水生产的调度方法，在得到机器的分配方案和工作排序方案后，还采用随机扰动搜索的方式对分配方案进行局部变换，并迭代计算，找到最优的工作排序方案和对应的最优机器分配方案，使得产线和机器资源的利用率达到最大化。
附图说明
图1为本发明实施例中混合流水生产的调度方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种混合流水生产的调度方法，其具体用于PCB板的生产调度，具体包括步骤：
A1：根据工件的目标需求和车间状态的约束设定机器分配原则。
具体地，机器分配原则为：由于每个PCB板由多个组件组装而成，每个机器组装一个组件，在机器分配阶段，根据每项工作需要组装的组件个数选择相应数量的机器。
本发明实施例中，所述工件的目标需求包括工件的产品类型、生产数量、工期等，所述车间状态的约束包括产线的数量、每条产线中机器的数量以及每个机器上分配的组件等。
A2：利用最小柔性工件规则和最小柔性机器规则进行工作和机器的初始化分配，得到机器首先处理的工作。
具体方法为：优先考虑完成组装所需机器数量最少的PCB板，将该PCB板的生产工作作为首先处理的工作，并将组装该最小柔性PCB板的工作分配给可组装的PCB板组件类型最少的机器。
其中，最小柔性工件为完成组装所需的机器数量最少的PCB板，完成最小柔性工件的组装为最小柔性工作，最小柔性机器为可组装的PCB板组件类型最少的机器。
A3：设定调度条件为：每个机器当前的工作负荷占该机器总工作负荷的比例近似相等，可以使得每个机器的工作负荷和利用率接近，从而合理分配机器资源。设定该调度条件的具体过程为：
A301：计算机器k的总工作负荷：
式中，n为工作个数，Pik为第i个工作对机器k产生的工作负荷，Loadk为所有工作对机器k产生的总工作负荷。
A302：计算全部机器的总工作负荷：
式中，m为机器个数，Load为所有机器的总工作负荷之和。
A303：给定所有工作进入生产***的先后顺序，并用集合Si表示到第i个工作为止(包括工作i)进入生产***的工作集。
令
式中，λ为第i个工作进入生产***前在机器k上完成的工作，Pλk为第λ个工作对机器k产生的工作负荷，αik表示工作i进入***时机器k当前的工作负荷占机器k总工作负荷的比例。
显然，0≤αik≤1，令αi1，αi2，…，αim尽可能接近，即工作i进入***时每个机器当前的工作负荷占该机器总工作负荷的比例近似相等，并将该比例称为理想值且的计算公式如下：
式中，
A4：根据复合分派规则得到计算每项工作优先级的函数，该函数与工作或机器的属性相关。
复合分派规则是综合许多基本分派规则的表达式，是与工作或机器的属性相关的函数，该属性可能是和工作、机器、时间相关的性质。例如与时间相关的有加工时间、工期等；与机器相关有加工速度、待加工的工作数与加工量等。这些属性影响工作优先级的程度由所使用的基本规则及相应的比例参数决定。
计算工作优先级的公式如下：
式中：I表示优先级，i表示工作，ωi表示工件i在时间点t时加工前等待时间，pi表示工作i的加工时间，di表示工作i的工期，表示剩余工作的平均加工时间，l表示上一个该机器上被处理的工作，sli表示当工作l完成时工作i的准备时间，表示剩余工作的平均准备时间，K1和K2为规则比例参数。
由于规则比例参数K1和K2与工件因子存在关联，3个工件因子的计算表达式分别为：
工期紧迫度因子τ＝1-(∑di)/(ndmax)；
工期范围因子R＝(dmax-dmin)/dmax；
准备时间重要性因子
式中：di表示工作i的工期，n为工作个数，dmax为所有工作的工期最大值，dmin为所有工作的工期最小值，表示剩余工作的平均加工时间，表示剩余工作的平均准备时间。
根据上述3个工件因子的计算表达式，计算K1和K2如下：
K1＝4.5+R，R≤0.5
K1＝6-2R，R＞0.5
将K1和K2的值代入到计算工作优先级的公式中，得到计算工作优先级的函数。
A5：在满足调度条件所有机器工作负荷比例近似相等的条件下，将工作和机器的初始化分配结果代入到计算工作优先级的函数中，并进行迭代计算，得到一组所有工作的优先级，称为变换前的优先级，并按照优先级，对每项工作进行排序，即对PCB板生产进行排序，进而得到机器的分配方案和工作排序方案；
A6：采用随机扰动搜索的方式对初始化分配方案进行局部变换，根据变换后的方案重新计算所有工作的优先级，称为变换后的优先级，并对每项工作重新排序；比较变换前的优先级和变换后的优先级，保留两者中更优的优先级方案，舍弃两者中较差的优先级方案；
A7：继续变换分配方案，重新计算所有工作的优先级，并将其与保留下来的优先级方案进行比较，直至达到搜索次数上限值，得到最优的工作排序方案和对应的最优机器分配方案；
A8：输出最优的工作排序方案和最优机器分配方案。
一方面，本发明实施例的混合流水生产的调度方法，采用最小柔性工件规则和最小柔性机器规则进行初始化分配，简单方便，并根据复合分派规则得到计算每项工作优先级的函数，通过函数计算即可得到工作优先级排序，从而使得有效分配产线和机器资源的同时，调度更加灵活，效率更高。
另一方面，在得到机器的分配方案和工作排序方案后，还采用随机扰动搜索的方式对分配方案进行局部变换，并迭代计算，找到最优的工作排序方案和对应的最优机器分配方案，使得产线和机器资源的利用率达到最大化。
本发明实施例还提供了一种实现上述混合流水生产的调度方法的***，包括输入模块、初始化模块、条件设定模块、第一计算模块和第二计算模块。
输入模块用于根据工件的目标需求和车间状态的约束设定机器分配原则。
初始化模块用于利用最小柔性工件规则和最小柔性机器规则进行工作和机器的初始化分配，所述工作为完成工件组装的工作。
条件设定模块用于设定调度条件为每个机器当前的工作负荷占该机器总工作负荷的比例近似相等。
第一计算模块用于根据复合分派规则得到计算每项工作优先级的函数，所述函数与工作或机器的属性相关。
第二计算模块用于在满足所述调度条件的情况下，将工作和机器的初始化分配结果代入到工作优先级的函数中，得到每项工作的优先级，并对每项工作进行排序，即为PCB板生产排序，进而得到机器的分配方案和工作排序方案。
本发明实施例中，混合流水生产的调度***还包括：第三计算模块和输出模块。
第三计算模块用于采用随机扰动搜索的方式对初始化分配方案进行局部变换，根据变换后的方案重新计算所有工作的优先级，并比较变换前和变换后的优先级方案，保留更优的优先级方案，并继续变换分配方案，比较优先级方案，直至达到搜索次数上限值，得到最优的工作排序方案和对应的最优机器分配方案。
输出模块用于输出并发布最优的工作排序方案和对应的最优机器分配方案。
本发明实施例的混合流水生产的调度***，采用最小柔性工件规则和最小柔性机器规则进行初始化分配，简单方便，并根据复合分派规则得到计算每项工作优先级的函数，通过函数计算即可得到工作优先级排序，从而使得有效分配产线和机器资源的同时，调度更加灵活，效率更高。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种混合流水生产的调度方法，其特征在于，包括步骤：
S1：根据工件的目标需求和车间状态的约束设定机器分配原则；
S2：利用最小柔性工件规则和最小柔性机器规则进行工作和机器的初始化分配，所述工作为完成工件组装的工作；
S3：设定调度条件为：每个机器当前的工作负荷占该机器总工作负荷的比例近似相等；
S4：根据复合分派规则得到计算每项工作优先级的函数，所述函数与工作或机器的属性相关；
S5：在满足所述调度条件的情况下，将工作和机器的初始化分配结果代入到工作优先级的函数中，得到每项工作的优先级，并对每项工作进行排序，即为PCB板生产排序，进而得到机器的分配方案和工作排序方案。
2.如权利要求1所述的混合流水生产的调度方法，其特征在于，所述机器分配原则为：根据每项工作需要组装的组件个数选择相应数量的机器。
3.如权利要求1所述的混合流水生产的调度方法，其特征在于，利用最小柔性工件规则和最小柔性机器规则进行工作和机器的初始化分配的具体方法为：优先考虑完成组装所需机器数量最少的PCB板，将该PCB板的生产工作作为首先处理的工作，并将组装该最小柔性PCB板的工作分配给可组装的PCB板组件类型最少的机器。
4.如权利要求1所述的混合流水生产的调度方法，其特征在于，步骤S3包括步骤：
S301：计算机器k的总工作负荷：
式中，n为工作个数，Pik为第i个工作对机器k产生的工作负荷，Loadk为所有工作对机器k产生的总工作负荷；
S302：计算全部机器的总工作负荷：
式中，m为机器个数，Load为所有机器的总工作负荷之和；
S303：给定所有工作进入生产***的先后顺序，并用集合Si表示到第i个工作为止进入生产***的工作集，所述集合Si包括工作i；
令
式中，λ为第i个工作进入生产***前在机器k上完成的工作，Pλk为第λ个工作对机器k产生的工作负荷，αik表示工作i进入***时机器k当前的工作负荷占机器k总工作负荷的比例；
显然，0≤αik≤1，令αi1，αi2，…，αim尽可能接近理想值理想值的计算公式如下：
式中，
5.如权利要求1所述的混合流水生产的调度方法，其特征在于：
计算工作优先级的函数为：
式中：I表示优先级，i表示工作，ωi表示工件i在时间点t时加工前等待时间，pi表示工作i的加工时间，di表示工作i的工期，表示剩余工作的平均加工时间，l表示上一个该机器上被处理的工作，sli表示当工作l完成时工作i的准备时间，表示剩余工作的平均准备时间，K1和K2为规则比例参数；
由于，工期紧迫度因子τ＝1-(∑di)/(ndmax)；
工期范围因子R＝(dmax-dmin)/dmax；
准备时间重要性因子
K1＝4.5+R，R≤0.5
K1＝6-2R，R＞0.5
式中：di表示工作i的工期，n为工作个数，dmax为所有工作的工期最大值，dmin为所有工作的工期最小值，表示剩余工作的平均加工时间，表示剩余工作的平均准备时间；
计算得到K1和K2，并将K1和K2的值代入到计算工作优先级的公式中，得到计算工作优先级的函数。
6.如权利要求1所述的混合流水生产的调度方法，其特征在于，在得到机器的分配方案和工作排序方案后还包括步骤：
S6：采用随机扰动搜索的方式对初始化分配方案进行局部变换，根据变换后的方案重新计算所有工作的优先级，并比较变换前和变换后的优先级方案，保留更优的优先级方案；
S7：继续变换分配方案，并比较优先级方案，直至达到搜索次数上限值，得到最优的工作排序方案和对应的最优机器分配方案。
7.如权利要求1所述的混合流水生产的调度方法，其特征在于：所述工件的目标需求包括工件的产品类型、生产数量、工期。
8.如权利要求1所述的混合流水生产的调度方法，其特征在于：所述车间状态的约束包括产线的数量、每条产线中机器的数量以及每个机器上分配的组件。
9.一种实现如权利要求1至8任一项所述混合流水生产的调度方法的***，其特征在于，包括：
输入模块，其用于根据工件的目标需求和车间状态的约束设定机器分配原则；
初始化模块，其用于利用最小柔性工件规则和最小柔性机器规则进行工作和机器的初始化分配，所述工作为完成工件组装的工作；
条件设定模块，其用于设定调度条件为每个机器当前的工作负荷占该机器总工作负荷的比例近似相等；
第一计算模块，其用于根据复合分派规则得到计算每项工作优先级的函数，所述函数与工作或机器的属性相关；
第二计算模块，其用于在满足所述调度条件的情况下，将工作和机器的初始化分配结果代入到工作优先级的函数中，得到每项工作的优先级，并对每项工作进行排序，即为PCB板生产排序，进而得到机器的分配方案和工作排序方案。
10.如权利要求9所述的混合流水生产的调度***，其特征在于，还包括：
第三计算模块，其用于采用随机扰动搜索的方式对初始化分配方案进行局部变换，根据变换后的方案重新计算所有工作的优先级，并比较变换前和变换后的优先级方案，保留更优的优先级方案，并继续变换分配方案，比较优先级方案，直至达到搜索次数上限值，得到最优的工作排序方案和对应的最优机器分配方案。
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