基于设备能力信息的车间约束调度机制与仿真研究

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- 个好的生产调度方案不仅可以帮助企业节约运营成本和运营时间，还可以及时了解当前生产情况和方便的计算工时定额。目前解决调度问题的方法很多，基于仿真的方法，基于遗传算法的方法 ，基于克隆选择免疫算法，模拟退火的方法等 ，这些算法都是通过建立问题的解析模型，利用优化方法进行求解，但由于实际问题的复杂性和随机性，很难建立精确的解析模型。本文提出-个基于设备能力信息的约束对象模型，实时仿真生产状态，并利用优化算法和约束条件(如当前设备负荷状态)进行工艺过程设计和生产调度方案设计，简称规划调度设计。调度机制要解决两个主要问题：工艺规划语言生成、优化成本(路径)的调度。

1设备能力约束机制创建-个基于车间设备能力信息的约束机制，根据制造约束如可用资源的加工能力、设备负荷等去匹配所需的加工作业，生成具有较好柔性及动态适应性的工艺过程规划和调度安排。

对约束和被约束对象采用基于约束对象的知识表示方法[4 1，设备能力约束对象模型中设备对象的形式结构可以表示为-个五元组S，S0，in，out，5，由此构建车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床等设备的约束对象模型。机床设备能力的属性，主要包括静态屙陛和动态属性。静态属性包括设备管理特征、加工特征、附属特征等。如如设备编号、类型、规格、所属车间、工段及单元等信息等。动态属性是表示机床状态特征和机床实时状态。机床状态特征：设备的完备率、故障率和负荷率。

如：负载量约束：工序应优先选择负荷低、空闲的设备进行加工；①对于批量大或生产周期长的零件：以每月或每季度为负荷平衡计算周期，根据加工数量/加工基数(单位时间内生产的零件数)算出加工时间(天)，订单的结束时间-开始时间-加工时间空闲时间(天)，空闲时间大于0，表示约束满足，设备可选 ；计算负荷L公式(LL，l00×加工时间/26)是否大于100，大于100I表示满负荷，约束限制设备不可驯，其中L，表示设备当前负荷，26是-个月的工作平均天数。②对于小批量零件或生产周期短的零件：加工时间以分为单位，现以每天为负荷平衡计算周期，假设以-天185时的平均设备运转时间来计算，则计算负荷L公式(LL，100×加工时间/1080)，约束同上。

2基于约束的工艺规划语言生成机制工艺规划语言由工步操作语句组成，如：在4个工位上铣槽，保证宽16 mm，15mm”，对其结构进行分解 ，可以分为四类：即设备加工方法、加工特征面、加工要求、尺寸和精度要求，其中加工方法是动态信息，随设备、工件、装夹等特征的变化而变，它们将构成工艺规划语言生成的约束模型。

采用基于约束机制的概念分层知识匹配关联模型，即工步操作语言(原始数据层)<尺寸特征映射<设备能力映射<工步工位映射(类型)的概念层次，将工艺操作语句表达为在x个工位上yz，保持qP”，第-层(最高层)将匹配特征尺寸约束Shape(z)，通过特征尺寸的提取，可以实现第-层参数的确定，约束映射模型为Shape(z)∈特征尺寸对应的映射模式匹配Map；第二层设备能力特征约束Work(y)的匹配 ，确定加工方法，加工要求，设备能力属性参数，其约束映射模型为Work(y)∈设备加工方法和达到要求对应的映射模式匹配符Map，第三层关联属性约束Other(n)，关联属性是与设备属性或技术要求相关的属性，约束映射Other(q，P)∈关联属性对应的映射模式匹配J：Map；第四层按相同工步工位数 目NO，将基于第-层 、第二层约束相 同的映射模型相 同数 目进行 匹配 ，Number(x)∈相同工步工位数目对应的映射模式匹配符Map，得到相同工步工位的数 目，生成完整的工艺操作语句。

3优化成本I路径)的调度机制假设有n个工件需在m台机器上加工，每个工件有Q道工序，且每道工序的加工设备及加工时间已知，要求以最携完工时间为目标的车间优化调度。

rlm (1)C； 表示工件i在机器kA：的完工时间。约束如下：(1)顺序约束：每道工序须在其前道工序加工完毕后，方可进入加工；C -p M -aihk) C l2p 为加工时间；M为足够大的正数；a 为指示系数，i：1，2，，n：h，kl，2，，m，且f1，若机器h先于机器助口工工件i口--lo，若非上述情况(2)资源约束：同时刻某-机器只IIII工某个工件 ；C -c M(1-气 ) P (3)X.. 0或1，为指示变量，i，j1，2，，12；kl，2，，m，且f1，若工件l先于工带在机器址加工 10，若非上述情况 4)(3)每道工序的开始加工时间应大于或等于零 ；C ≥0，i12.-，n， 1-2--，m (5) 下转第9O页基金项目：国家中小企业创新基金重点项目(10C26214504874)作者简介：马俊燕(1977-)，女，安徽桐城人，硕士，讲师，研究方向：cAD/cAM。