CN105279605B - 一种动态变化权重下的批加工机调度方法 - Google Patents

一种动态变化权重下的批加工机调度方法 Download PDF

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Abstract

一种动态变化权重下的批加工机调度方法，包括产生触发事件，确定调度对象，计算动态变化权重，获取优先权最高的产品族，对空闲可用的批加工机派工和装载，调度终止条件判断；在极小化加权总完工时间的调度目标中，空闲可用批加工机缓冲器里待加工产品为研究对象；根据不同产品族的待加工产品数量的动态变化情况等计算动态变化权重；根据动态权重确定极小化加权总完工时间的目标下优先权最高的产品族；按“满批原则”组批；“先到先服务规则”排序的第一组批被派工和装载；通过滚动循环执行，直至满足调度终止条件。它实现方便，调度精度高，利于半导体等有批加工机的行业推广应用。

Description

一种动态变化权重下的批加工机调度方法
所属技术领域
本发明涉及生产线的批加工机调度，尤其涉及一种动态变化权重下的批加工机调度方法。
背景技术
批加工是指在不超过加工设备的最大加工能力时，一次性可以加工多个待加工产品的加工操作。此加工设备称作批加工机；每次实际加工的多个未待加工产品称为一个批。如，在半导体芯片生产线前段的炉管区，该区的加工设备属于的批加工机，每次实际的加工的多个产品称作一个批。批加工机具有价格昂贵，加工时间长，产品具有不同到达时间，需要不断更新组批、排序，以及不同产品族不能混合组批等特性，是生产系统中的瓶颈机台。故批加工机调度制约着生产系统的整体绩效。批加工机的优化调度控制是一个非多项式的难问题，一直是学术界与应用界的研究热点。
有许多调度目标可以衡量批加工机的调度效率，其中众多的调度目标的衡量式常有权重的参数，如在极小化加权总完工时间的调度目标中，就包含权重。
目前，对于权重的参数的常规赋值方法是根据生产经验对不同产品族的待加工产品赋予不同定值。但是，每当批加工机空闲可用时，因不同产品族的待加工产品数量变化、相同产品族内的待加工产品到达时间不同等动态变化情况，以及具有等待时间限制等约束要求，根据生产经验给权重所赋予的定值不能反映待加工产品的这些动态变化情况和约束要求，致使批加工机优化调度过程偏离实际情况，使得优化调度解的精度降低。
发明内容
为了克服现有因不同产品族的待加工产品数量变化、相同产品族内的待加工产品到达时间不同等动态变化情况，以及具有等待时间限制等约束要求，根据生产经验给权重所赋予的定值不能反映待加工产品的这些动态变化情况和约束要求，致使批加工机优化调度过程偏离实际情况，使得优化调度解的精度降低等缺陷，本发明提供一种动态变化权重下的批加工机调度方法。
本发明具体解决其技术问题所采用的技术解决方案是：
一种动态变化权重下的批加工机调度方法，以当批加工机空闲可用时其缓冲器里不同产品族的待加工产品为研究对象。
动态变化权重包括不同产品族的待加工产品数量的动态变化情况，相同产品族内的待加工产品到达时间不同的动态变化情况，以及具有等待时间限制的约束要求，动态变化权重计算模型如下
其中
qf≥(tf)max，当qf＝(tf)max时，
nf≤n，当nf＝n时，
这里F表示缓冲器里产品族的种类总数量；μf表示缓冲器里产品族f的动态变化权重，其中f表示对应着F中第f个产品族；wf表示缓冲器里产品族f的固有权重；qf表示缓冲器里产品族f在缓冲器里的等待约束限制时间；tf表示缓冲器里产品族f在缓冲器里的已等待时间；ti表示缓冲器里产品族f中待加工工件i在缓冲器里的已等待时间，其中i表示对应着产品族f中第i个待加工工件；n表示缓冲器里所有产品族的待加工工件总数量；nf表示缓冲器里产品族f中包含待加工工件数量；(tf)max表示缓冲器里产品族f中所有待加工工件在缓冲器里的最大已等待时间；表示对ti从i＝1到i＝nf进行求最大值运算；“”表示μf计算值与qf，(tf)max，wf，n和nf具体数值相关；“qf≥(tf)max，当qf＝(tf)max时，”表示必须满足qf≥(tf)max，且规定当qf＝(tf)max时，取值无穷大，即qf＝(tf)max所对应的产品族f具有无穷大动态变化权重值；“nf≤n，当nf＝n时，”表示必须满足nf≤n，且规定当nf＝n时，取值无穷大，即nf＝n所对应的产品族f具有无穷大动态变化权重值；表示任取第f个产品族都属于缓冲器里产品族的种类总数量F中。
“满批原则”组批定义是按除最后一个批中的待加工工件数量大于或等于批加工机的最小加工限制对应待加工工件数量外，其余各批中待加工工件数量必须等于批加工机的最大加工能力对应待加工工件数量，“满批原则”组批模型如下
这里hf表示缓冲器里产品族f可组批的数量；Bmax表示批加工机的最大加工能力对应待加工工件数量；Bmin表示批加工机的最小加工限制对应待加工工件数量；表示返回不大于nf除以Bmax的商的最大整数；xf表示0-1变量；MOD(nf,Bmax)表示nf除以Bmax的余数；“”表示hf计算值与和xf具体数值相关；“”用于确定xf取值，当满足MOD(nf,Bmax)≥Bmin时，xf取值1，否则xf取值0；“”表示任取第f个产品族都属于缓冲器里产品族的种类总数量F中。
动态变化权重下的批加工机调度方法，批加工机调度步骤如下：
步骤1，产生触发事件：一台批加工机处于空闲可用状态；
步骤2，确定调度对象：步骤1中的空闲可用的批加工机的缓冲器里不同产品族的待加工产品为调度对象；
步骤3，计算动态变化权重：根据动态变化权重计算模型进行计算；
步骤4，获取优先权最高的产品族：根据不同产品族的动态变化权重确定在确定的调度目标下，建立和运行数学模型；
步骤5，对空闲可用的批加工机派工和装载：对所获取的优先权最高的产品族中的不同待加工工件根据“满批规则”组批，在确定的调度目标下进行批排序，优先级最高批中的待加工工件被派工和装载到步骤1的空闲可用的批加工机；
步骤6，调度终止条件判断：如果不符合所规定的整个实时调度任务的调度终止条件，进行滚动执行，跳转到步骤1；否则动态变化权重下的批加工机调度方法终止。
调度终止条件是所有的待调度工件已被装载到批处理机上或制造系统的实时调度总的运行时间域结束。
本发明的有益效果是，采用动态变化权重下的批加工机调度方法，通过计算和使用动态改变权重，解决了目前因不同产品族的待加工产品数量变化、相同产品族内的待加工产品到达时间不同等动态变化情况，以及具有等待时间限制等约束要求，根据生产经验给权重所赋予的定值不能反映待加工产品的这些动态变化情况和约束要求，致使批加工机优化调度过程偏离实际情况，使得优化调度解的精度降低等问题。它概念简单，实现方便，调度精度高，适应半导体等具有批加工机的行业实际优化调度需求。
附图说明
图1为本发明动态变化权重下的批加工机调度方法的算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步地说明：
本发明所提供的一种动态变化权重下的批加工机调度方法，包括产生触发事件，确定调度对象，计算动态变化权重，获取优先权最高的产品族，对空闲可用的批加工机派工和装载，调度终止条件判断。
动态变化权重包括不同产品族的待加工产品数量的动态变化情况，相同产品族内的待加工产品到达时间不同的动态变化情况，以及具有等待时间限制的约束要求，动态变化权重计算模型如下
其中
qf≥(tf)max，当qf＝(tf)max时，
nf≤n，当nf＝n时，
这里F表示缓冲器里产品族的种类总数量；μf表示缓冲器里产品族f的动态变化权重，其中f表示对应着F中第f个产品族；wf表示缓冲器里产品族f的固有权重；qf表示缓冲器里产品族f在缓冲器里的等待约束限制时间；tf表示缓冲器里产品族f在缓冲器里的已等待时间；ti表示缓冲器里产品族f中待加工工件i在缓冲器里的已等待时间，其中i表示对应着产品族f中第i个待加工工件；n表示缓冲器里所有产品族的待加工工件总数量；nf表示缓冲器里产品族f中包含待加工工件数量；(tf)max表示缓冲器里产品族f中所有待加工工件在缓冲器里的最大已等待时间；表示对ti从i＝1到i＝nf进行求最大值运算；“”表示μf计算值与qf，(tf)max，wf，n和nf具体数值相关；“qf≥(tf)max，当qf＝(tf)max时，”表示必须满足qf≥(tf)max，且规定当qf＝(tf)max时，取值无穷大，即qf＝(tf)max所对应的产品族f具有无穷大动态变化权重值；“nf≤n，当nf＝n时，”表示必须满足nf≤n，且规定当nf＝n时，取值无穷大，即nf＝n所对应的产品族f具有无穷大动态变化权重值；“”表示任取第f个产品族都属于缓冲器里产品族的种类总数量F中。
“满批原则”组批定义是按除最后一个批中的待加工工件数量大于或等于批加工机的最小加工限制对应待加工工件数量外，其余各批中待加工工件数量必须等于批加工机的最大加工能力对应待加工工件数量，“满批原则”组批模型如下
这里hf表示缓冲器里产品族f可组批的数量；Bmax表示批加工机的最大加工能力对应待加工工件数量；Bmin表示批加工机的最小加工限制对应待加工工件数量；表示返回不大于nf除以Bmax的商的最大整数；xf表示0-1变量；MOD(nf,Bmax)表示nf除以Bmax的余数；“”表示hf计算值与和xf具体数值相关；“”用于确定xf取值，当满足MOD(nf,Bmax)≥Bmin时，xf取值1，否则xf取值0；“”表示任取第f个产品族都属于缓冲器里产品族的种类总数量F中。
一种动态变化权重下的批加工机调度方法，在极小化加权总完工时间的调度目标中，以当批加工机空闲可用时其缓冲器里不同产品族的待加工产品为研究对象，批加工机调度步骤如下：
步骤1，产生触发事件：一台批加工机处于空闲可用状态；
步骤2，确定调度对象：步骤1中的空闲可用的批加工机的缓冲器里不同产品族的待加工产品为调度对象；
步骤3，计算动态变化权重：根据动态变化权重计算模型进行计算；
步骤4，获取优先权最高的产品族：根据不同产品族的动态变化权重确定在极小化加权总完工时间的调度目标下，建立和运行下述数学模型
极小化目标
约束条件
Cf＝s(f)×Pf×hf
s(f)∈{1,2,…,F}
如果f≠l；那么s(f)≠s(l)
这里Cf表示缓冲器里产品族f的完工时间；“”表示缓冲器里所有产品族的加权总完工时间；优化序列位置为一维数组，表示为：s(1),s(2),…,s(f),…,s(F)；Pf表示产品族f在批加工机上的加工时间；l表示对应着F中第l个产品族；“Cf＝s(f)×Pf×hf”表示hf计算值与s(f),Pf和hf具体数值乘积相关；“s(f)∈{1,2,…,F}”表示优化序列位置一维数组中优化序列位置总数量等于缓冲器里产品族的种类总数量F；“如果f≠l；那么s(f)≠s(l)”表示不同的第l个产品族和第f个产品族所对应优化序列位置一维数组中优化序列位置s(l)和优化序列位置s(f)是不同的；“”表示任取第f个产品族都属于缓冲器里产品族的种类总数量F中；“”表示任取第l个产品族都属于缓冲器里产品族的种类总数量F中；
步骤5，对空闲可用的批加工机派工和装载：对所获取的优先权最高的产品族中的不同待加工工件的按其到达缓冲器的时间不增的“先到先服务规则”排序；根据“满批规则”组建该排序工件的第一个批；所组建的第一个批的待加工工件被派工和装载到步骤1的空闲可用的批加工机；
步骤6，调度终止条件判断：如果不符合所规定的整个实时调度任务的调度终止条件，进行滚动执行，跳转到步骤1；否则极小化加权总完工时间的调度目标下动态变化权重下的批加工机调度方法终止。
在极小化加权总完工时间的调度目标下，运行动态变化权重下的批加工机调度方法的输出是极小化加权总完工时间的目标函数值和优化序列位置一维数组值。
调度终止条件是所有的待调度工件已被装载到批处理机上或制造系统的实时调度总的运行时间域结束。

Claims (4)

1.一种动态变化权重下的批加工机调度方法，包括批加工机调度步骤：步骤1，产生触发事件：一台批加工机处于空闲可用状态；步骤2，确定调度对象：步骤1中的空闲可用的批加工机的缓冲器里不同产品族的待加工产品为调度对象；步骤3，计算动态变化权重：根据动态变化权重计算模型进行计算；步骤4，获取优先权最高的产品族：根据不同产品族的动态变化权重确定在极小化加权总完工时间的调度目标下，建立和运行数学模型；步骤5，对空闲可用的批加工机派工和装载：对所获取的优先权最高的产品族中的不同待加工工件，按其到达缓冲器的时间不增的“先到先服务规则”排序；根据“满批规则”组建该排序工件的第一个批；所组建的第一个批的待加工工件被派工和装载到步骤1的空闲可用的批加工机；步骤6，调度终止条件判断：如果不符合所规定的整个实时调度任务的调度终止条件，进行滚动执行，跳转到步骤1；否则极小化加权总完工时间的调度目标下动态变化权重下的批加工机调度方法终止，其特征在于，所述动态变化权重包括不同产品族的待加工产品数量的动态变化情况，相同产品族内的待加工产品到达时间不同的动态变化情况，以及具有等待时间限制的约束要求，动态变化权重计算模型如下
其中
qf≥(tf)max，当qf＝(tf)max时，
nf≤n，当nf＝n时，
这里F表示缓冲器里产品族的种类总数量；μf表示缓冲器里产品族f的动态变化权重，其中f表示对应着F中第f个产品族；wf表示缓冲器里产品族f的固有权重；qf表示缓冲器里产品族f在缓冲器里的等待约束限制时间；tf表示缓冲器里产品族f在缓冲器里的已等待时间；ti表示缓冲器里产品族f中待加工工件i在缓冲器里的已等待时间，其中i表示对应着产品族f中第i个待加工工件；n表示缓冲器里所有产品族的待加工工件总数量；nf表示缓冲器里产品族f中包含待加工工件数量；(tf)max表示缓冲器里产品族f中所有待加工工件在缓冲器里的最大已等待时间；表示对ti从i＝1到i＝nf进行求最大值运算；“”表示μf计算值与qf，(tf)max，wf，n和nf具体数值相关；“qf≥(tf)max，当qf＝(tf)max时，”表示必须满足qf≥(tf)max，且规定当qf＝(tf)max时，取值无穷大；“nf≤n，当nf＝n时，”表示必须满足nf≤n，且规定当nf＝n时，取值无穷大；“”表示任取第f个产品族都属于缓冲器里产品族的种类总数量F中。
2.根据权利要求1所述的一种动态变化权重下的批加工机调度方法，其特征在于，所述“满批原则”组批是按除最后一个批中的待加工工件数量大于或等于批加工机的最小加工限制对应待加工工件数量外，其余各批中待加工工件数量必须等于批加工机的最大加工能力对应待加工工件数量，“满批原则”组批模型如下
这里hf表示缓冲器里产品族f可组批的数量；Bmax表示批加工机的最大加工能力对应待加工工件数量；Bmin表示批加工机的最小加工限制对应待加工工件数量；表示返回不大于nf除以Bmax的商的最大整数；xf表示0-1变量；MOD(nf,Bmax)表示nf除以Bmax的余数；“”表示hf计算值与和xf具体数值相关；“”确定xf取值，当满足MOD(nf,Bmax)≥Bmin时，xf取值1，否则xf取值0；“”表示任取第f个产品族都属于缓冲器里产品族的种类总数量F中。
3.根据权利要求1所述的一种动态变化权重下的批加工机调度方法，其特征在于，所述不同产品族的动态变化权重确定在极小化加权总完工时间的调度目标下，建立和运行数学模型如下
极小化目标
约束条件
Cf＝s(f)×Pf×hf
s(f)∈{1,2,…,F}
如果f≠l；那么s(f)≠s(l)
这里hf表示缓冲器里产品族f可组批的数量；Cf表示缓冲器里产品族f的完工时间；“”表示缓冲器里所有产品族的加权总完工时间；优化序列位置为一维数组，表示为：s(1),s(2),…,s(f),…,s(F)；Pf表示产品族f在批加工机上的加工时间；l表示对应着F中第l个产品族；“Cf＝s(f)×Pf×hf”表示hf计算值与s(f),Pf和hf具体数值乘积相关；“s(f)∈{1,2,…,F}”表示优化序列位置一维数组中优化序列位置总数量等于缓冲器里产品族的种类总数量F；“如果f≠l；那么s(f)≠s(l)”表示不同的第l个产品族和第f个产品族所对应优化序列位置一维数组中优化序列位置s(l)和优化序列位置s(f)是不同的；“”表示任取第f个产品族都属于缓冲器里产品族的种类总数量F中；“”表示任取第l个产品族都属于缓冲器里产品族的种类总数量F中。
4.根据权利要求1所述的一种动态变化权重下的批加工机调度方法，其特征在于，所述调度终止条件是所有的待调度工件已被装载到批处理机上或制造系统的实时调度总的运行时间域结束。
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