CN109993460A - 一种存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法 - Google Patents
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Abstract
考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法。非紧密衔接多设备工序为单个工序需要多台设备协同加工且与其他工序存在延迟约束。目前多设备工序综合调度方法只考虑复杂产品需要多台设备协同加工，并没有考虑到多设备工序间存在非紧密衔接约束。本发明方法包括如下步骤：首先通过非紧密衔接工序到紧密衔接工序组转化策略，形成存在紧密衔接工序组的加工工艺树模型；然后，采用设备驱动策略确定加工工序；最后，为了减少多设备工序相关设备的空闲等待时间，降低算法时间复杂度，提出了优先调度多设备工序策略；为了使紧密衔接工序组尽早开始加工，提出了优先级策略和约束复杂度策略。本发明用于考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度。
Description
技术领域：
本发明涉及一种存在非紧密多设备工序的综合调度方法。
背景技术：
多设备工序综合调度定义为：加工工艺图具有树形结构特征的复杂单产品，其工序节点需要设备资源中的一台或多台设备协同加工。目前多设备综合调度方法分为两大类，一类是先确定工序调度顺序，然后确定工序开始时间；另一类是工序调度和加工同时进行。
目前多设备工序综合调度方法只考虑一般多设备工序的调度和加工；多设备工序间存在延迟约束关系，使多设备工序调度问题的复杂度进一步加大，用一般多设备工序综合调度方法必然会增加产品加工成本。
发明内容：
本发明的目的是为了解决目前多设备工序综合调度方法只考虑一般多设备工序调度问题，导致产品生产成本过高的问题，提供一种考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，其特征是：采用存在延迟约束多设备优化模型。首先，采用将延迟约束转化为延迟工序的策略，使存在非紧密衔接工序问题转化为一般调度问题，将延迟工序与紧前工序转化为紧密衔接工序组，使延迟工序尽早开始加工；然后，采用设备驱动策略确定加工工序；其次，根据优先调度多设备工序策略，有效的解决了设备资源占用问题，减少了相关空闲等待时间和空闲设备查找时间；最后，根据优先级策略和约束复杂度策略，使紧密衔接工序组尽早开始加工。
根据权利要求1所述的考虑多设备工序间存在紧密衔接约束的综合调度方法，所述的调度方法的具体实施步骤如下：
步骤1：根据输入产品加工信息构造加工工艺树，工序间延迟约束转换为延迟工序，采用非紧密衔接工序到紧密衔接工序组转化策略将加工工艺树转换为具有非紧密衔接工序组的产品加工工艺树；
步骤2：对加工工艺树进行广度优先遍历(BFS)，为所有工序按层设置优先级，并建立可调度工序集；
步骤3：初始时刻，所有设备空闲，设备驱动时刻建立空闲设备集。
步骤4：设备驱动时刻判断空闲设备集中空闲设备数量，若空闲设备数F>1，采用优先调度多设备工序策略，空闲设备寻找可调度工序集中多设备工序，并设常量D＝1；若F＝1，转步骤(11)；
步骤5：根据空闲设备的数量F和多设备工序相关设备数量i确定调度工序，调度可调度工序集中F≥i的多设备工序，优先调度Max(i)的工序，转步骤(7)；所有可调度所需相关设备数为i的多设备工序不满足调度条件，转步骤(6)；
步骤6：i＝i-1，若i>1，转步骤(5)；否则转步骤(11)；
步骤7：存在可调度工序，转步骤(8)；否则转步骤(12)；
步骤8：可调度工序唯一，转步骤(9)；否则，转步骤(13)；
步骤9：空闲设备与可调度工序相对应，转步骤(10)；否则，转步骤(12)；
步骤10：在空闲设备上加工此工序；
步骤11：空闲设备在空闲设备集中寻找可调度工序。若存在可调度工序，转步骤(8)；否则，转步骤(12)；
步骤12：设备继续空闲，若D＝1，转步骤(11)；
步骤13：根据优先级策略和约束复杂度策略选择加工工序；
步骤14：选择加工工序集中最早结束时刻作为下一设备驱动时刻，更新设备集和工序集中工序和设备状态，若工序集中工序全部为加工完毕状态，转步骤(15)；否则，转步骤(3)；步骤15：输出甘特图。
所述产品加工工艺树是将产品工序拓展到加工工艺树，工艺树中的每一节点代表一个工序，节点中信息包括工序名称、加工设备、加工时间；工艺树中根节点与叶子的关系代表工序在工艺上紧前紧后约束关系；多设备工序在相关设备上满足同时开始和同时结束的约束关系。
所述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，其特征是：所述的非紧密衔接工序到紧密衔接工序组转化策略是根据工序间具有延迟约束的关系，把延迟约束转化为延迟工序，即把工序间的延迟时间虚拟为一道不占用实际生产设备的加工工序，将具有延迟约束的调度问题转化为一般调度问题；然后将延迟工序与紧前工序转化为紧密衔接工序组，增加了延迟工序的优先级，使延迟工序尽早开始加工。
所述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，其特征是：针对多设备工序对设备要求比较高，容易产生多设备工序相关设备空闲等待和标准工序提前加工占多设备工序设备的时间，提出了优先调度多设备工序策略，降低了算法时间复杂度。
所述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，其特征是：针对非紧密衔接多设备工序约束条件多，算法不易实现，采用设备驱动策略，通过空闲设备确定调度工序，降低设备的空闲时间，提高工序的并行性和设备利用率，方法易实现且时间复杂度低。
有益效果：
1.本发明同时考虑了多设备工序同时开始和工序间存在延迟约束的问题：以往多设备工序综合调度算法只考虑多设备工序同时开始的约束条件。本发明采用存在延迟约束多设备优化模型。①采用将延迟约束转化为延迟工序的策略，使存在非紧密衔接工序问题转化为一般调度问题，将延迟工序与紧前工序转化为紧密衔接工序组，使延迟工序尽早开始加工；②采用设备驱动策略确定加工工序；③根据优先调度多设备工序策略，有效的解决了设备资源占用问题，减少了相关空闲等待时间和空闲设备查找时间；④根据优先级策略和约束复杂度策略，使紧密衔接工序组尽早开始加工；
2.本发明首次在多设备工序综合调度中增加紧密衔接工序组和优先调度多设备工序：紧密衔接工序组是将延迟工序与紧前工序转化为紧密衔接工序组，增加了延迟工序的优先级，使延迟工序尽早加工，更符合产品实际生产调度情况；优先调度多设备工序，有效地解决了设备资源占用问题，减少了相关设备空闲等待时间和空闲设备查找时间，降低算法时间复杂度。
附图说明：
附图1是本发明的流程图。
附图2是本发明的加工任务图示例。
附图3是本发明对附图2加工任务图实例转化图。
附图4是本发明针对附图3所示任务图示例的调度结果甘特图。
附图5是现有技术对附图2所示任务图示例的调度结果甘特图。
附图6是本发明针对附图2所示任务图示例的调度结果甘特图。
附图7是本发明针对附图3所示任务图示例的调度过程图。
具体实施方式：
实施例1：
一种存在非紧密多设备工序的综合调度方法，该方法包括如下步骤：
一种存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，其特征是：采用存在延迟约束多设备优化模型。首先，采用将延迟约束转化为延迟工序的策略，使存在非紧密衔接工序问题转化为一般调度问题，将延迟工序与紧前工序转化为紧密衔接工序组，使延迟工序尽早开始加工；然后，采用设备驱动策略确定加工工序；其次，根据优先调度多设备工序策略，有效的解决了设备资源占用问题，减少了相关空闲等待时间和空闲设备查找时间；最后，根据优先级策略和约束复杂度策略，使紧密衔接工序组尽早开始加工；
实施例2：
考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，所述的调度方法具体实施步骤如下：
步骤1：根据输入产品加工信息构造加工工艺树，工序间延迟约束转换为延迟工序，采用非紧密衔接工序到紧密衔接工序组转化策略将加工工艺树转换为具有非紧密衔接工序组的产品加工工艺树；
步骤2：对加工工艺树进行广度优先遍历(BFS)，为所有工序按层设置优先级，并建立可调度工序集；
步骤3：初始时刻，所有设备空闲，设备驱动时刻建立空闲设备集。
步骤4：设备驱动时刻判断空闲设备集中空闲设备数量，若空闲设备数F>1，采用优先调度多设备工序策略，空闲设备寻找可调度工序集中多设备工序，并设常量D＝1；若F＝1，转步骤(11)；
步骤5：根据空闲设备的数量F和多设备工序相关设备数量i确定调度工序，调度可调度工序集中F≥i的多设备工序，优先调度Max(i)的工序，转步骤(7)；所有可调度所需相关设备数为i的多设备工序不满足调度条件，转步骤(6)；
步骤6：i＝i-1，若i>1，转步骤(5)；否则转步骤(11)；
步骤7：存在可调度工序，转步骤(8)；否则转步骤(12)；
步骤8：可调度工序唯一，转步骤(9)；否则，转步骤(13)；
步骤9：空闲设备与可调度工序相对应，转步骤(10)；否则，转步骤(12)；
步骤10：在空闲设备上加工此工序；
步骤11：空闲设备在空闲设备集中寻找可调度工序。若存在可调度工序，转步骤(8)；否则，转步骤(12)；
步骤12：设备继续空闲，若D＝1，转步骤(11)；
步骤13：根据优先级策略和约束复杂度策略选择加工工序；
步骤14：选择加工工序集中最早结束时刻作为下一设备驱动时刻，更新设备集和工序集中工序和设备状态，若工序集中工序全部为加工完毕状态，转步骤(15)；否则，转步骤(3)；
步骤15：输出甘特图；
实施例3：
所述产品加工工艺树是将产品工序拓展到加工工艺树，工艺树中的每一节点代表一个工序，节点中信息包括工序名称、加工设备、加工时间；工艺树中根节点与叶子的关系代表工序在工艺上紧前紧后约束关系；多设备工序在相关设备上满足同时开始和同时结束的约束关系。
所述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，其特征是：所述的非紧密衔接工序到紧密衔接工序组转化策略是根据工序间具有延迟约束的关系，把延迟约束转化为延迟工序，即把工序间的延迟时间虚拟为一道不占用实际生产设备的加工工序，将具有延迟约束的调度问题转化为一般调度问题；然后将延迟工序与紧前工序转化为紧密衔接工序组，增加了延迟工序的优先级，使延迟工序尽早开始加工。
所述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，其特征是：针对多设备工序对设备要求比较高，容易产生多设备工序相关设备空闲等待和标准工序提前加工占多设备工序设备的时间，提出了优先调度多设备工序策略，降低了算法时间复杂度。
所述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，其特征是：针对非紧密衔接多设备工序约束条件多，算法不易实现，采用设备驱动策略，通过空闲设备确定调度工序，降低设备的空闲时间，提高工序的并行性和设备利用率，方法易实现且时间复杂度低。
实施例4：
上述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，减少相关设备空闲等待时间，降低算饭时间复杂度：
多设备工序需要相关设备工序同时开始开始加工，对加工设备要求较高，容易造成相关设备的空闲等待，所以设备驱动时刻，空闲设备数大于1优先调度可调度工序中的多设备工序，避免标准工序占用多设备工序设备资源，有效减少相关设备空闲等待时间。为了减少空闲设备的查找次数，根据空闲设备的数量查找所需相关设备数量相同的多设备工序，如空闲设备数＝i，优先查找可调度工序中所需相关设备数为i的多设备工序，当所有可调度所需相关设备数为i的多设备工序不满足调度条件时，再查找所需相关设备数为i-1的多设备工序，直到i-j＝1，调度标准工序。
实施例5：
上述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，使延迟工序尽早开始加工：
对于工序间具有延迟约束的调度问题，首先采用把延迟约束转化为延迟工序，即把工序间的延迟时间虚拟为一道不占用实际生产设备的加工工序，将具有延迟约束的调度问题转化为一般调度问题；然后将延迟工序与紧前工序转化为紧密衔接工序组。例如，紧前工序A 和紧后工序B具有延迟约束，将延迟约束转化为延迟工序V，各工序转化后关系为 为了符合工序间具有延迟约束的情况，将紧前工序A与延迟工序V转化为紧密衔接约束的工序组。将非紧密衔接工序转化为紧密衔接工序组是为了增加延迟工序的优先级，使延迟工序尽早开始加工。
实施例6：
上述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，确定调度工序：
以设备的状态为驱动，在设备空闲时刻为设备选择可调度工序。该策略无需判断空闲时间段的大小、无需频繁判断多设备工序开始加工时间是否相同，节约大量判断操作，可调度工序可以直接加工且充分利用设备空闲时间。
实施例7：
上述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，本技术主要针对加工工艺图具有树形结构的复杂产品的综合调度任务，通常采用加工工艺树图来表示，调度目标是在满足约束条件的情况下为工序在甘特图中确定位置。如附图2所示，每个节点表示工序节点的编号；每个节点包含加工设备、加工时长；存在紧密衔接的工序组用虚线圈出。加工工艺树图能够清晰明了地表示加工任务节点之间的关系。
整个任务图由根节点和根节点的子孙节点构成。在综合调度中，加工树边的指向意义：被指向节点是出发节点的紧后工序，也叫父节点工序；反之可以认为出发节点是被指向节点的紧前工序，也叫孩子节点。
实施例8：
上述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，如附图2所示，产品A由12个工序组成，A1、A3、A6、A7工序为多设备工序，工序A4完成后需延迟15个工时才可以加工工序A2；工序A6完成后需延迟10个工时才可以加工工序A3；由于配做关系工序A10 完成后需延迟20个工时且工序A9完成后需延迟10个工序才可以加工工序A6。
根据附图1确定调度工序，根据附图7调度过程绘制甘特图，如附图3所示任务完工时间160工时，即如附图4所示每个工序的加工时间和总工时为160。调度过程结束。
实施例9：
上述的存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，实例对比：
由于现有多设备综合调度算法还没有考虑工序间延迟约束，直接对附图2所示的任务示例进行调度，采用现有较为优先算法(存在多设备工序的综合调度算法)进行调度，得200工时，得甘特图如附图5所示。同样对附图2所示的任务示例进行调度，采用本发明在不考虑延迟约束的情况下进行调度，得180工时，得甘特图如附图6所示。
因此，本发明是全新的方法，用于加工工艺图具有树形结构特征的复杂产品考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度任务。
Claims (6)
1.一种存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，其特征是：采用存在延迟约束多设备优化模型;①采用将延迟约束转化为延迟工序的策略，使存在非紧密衔接工序问题转化为一般调度问题，将延迟工序与紧前工序转化为紧密衔接工序组，使延迟工序尽早开始加工；②采用设备驱动策略确定加工工序；根据优先调度多设备工序策略，有效的解决了设备资源占用问题，减少了相关空闲等待时间和空闲设备查找时间；根据优先级策略和约束复杂度策略，使紧密衔接工序组尽早开始加工。
2.根据权利要求1所述的考虑多设备工序间存在紧密衔接约束的综合调度方法，所述的调度方法的具体实施步骤如下：
步骤1：根据输入产品加工信息构造加工工艺树，工序间延迟约束转换为延迟工序，采用非紧密衔接工序到紧密衔接工序组转化策略将加工工艺树转换为具有非紧密衔接工序组的产品加工工艺树；
步骤2：对加工工艺树进行广度优先遍历（BFS），为所有工序按层设置优先级，并建立可调度工序集；
步骤3：初始时刻，所有设备空闲，设备驱动时刻建立空闲设备集;
步骤4：设备驱动时刻判断空闲设备集中空闲设备数量，若空闲设备数F>1，采用优先调度多设备工序策略，空闲设备寻找可调度工序集中多设备工序，并设常量D=1；若F=1，转步骤（11）；
步骤5：根据空闲设备的数量F和多设备工序相关设备数量i确定调度工序，调度可调度工序集中F≥i的多设备工序，优先调度Max（i）的工序，转步骤（7）；所有可调度所需相关设备数为i的多设备工序不满足调度条件，转步骤（6）；
步骤6：i=i-1，若i>1，转步骤（5）；否则转步骤（11）；
步骤7：存在可调度工序，转步骤（8）；否则转步骤（12）；
步骤8：可调度工序唯一，转步骤（9）；否则，转步骤（13）；
步骤9：空闲设备与可调度工序相对应，转步骤（10）；否则，转步骤（12）；
步骤10：在空闲设备上加工此工序；
步骤11：空闲设备在空闲设备集中寻找可调度工序;若存在可调度工序，转步骤（8）；否则，转步骤（12）；
步骤12：设备继续空闲，若D=1，转步骤（11）；
步骤13：根据优先级策略和约束复杂度策略选择加工工序；
步骤14：选择加工工序集中最早结束时刻作为下一设备驱动时刻，更新设备集和工序集中工序和设备状态，若工序集中工序全部为加工完毕状态，转步骤（15）；否则，转步骤（3）；
步骤15：输出甘特图。
3.根据权利要求1或2所述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，其特征是：所述产品加工工艺树是将产品工序拓展到加工工艺树，工艺树中的每一节点代表一个工序，节点中信息包括工序名称、加工设备、加工时间；工艺树中根节点与叶子的关系代表工序在工艺上紧前紧后约束关系；多设备工序在相关设备上满足同时开始和同时结束的约束关系。
4.根据权利要求1或2或3所述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，其特征是：所述的非紧密衔接工序到紧密衔接工序组转化策略是根据工序间具有延迟约束的关系，把延迟约束转化为延迟工序，即把工序间的延迟时间虚拟为一道不占用实际生产设备的加工工序，将具有延迟约束的调度问题转化为一般调度问题；然后将延迟工序与紧前工序转化为紧密衔接工序组，增加了延迟工序的优先级，使延迟工序尽早开始加工。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，其特征是：针对多设备工序对设备要求比较高，容易产生多设备工序相关设备空闲等待和标准工序提前加工占多设备工序设备的时间，提出了优先调度多设备工序策略，降低了算法时间复杂度。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的考虑存在非紧密衔接多设备工序的综合调度方法，其特征是：针对非紧密衔接多设备工序约束条件多，算法不易实现，采用设备驱动策略，通过空闲设备确定调度工序，降低设备的空闲时间，提高工序的并行性和设备利用率，方法易实现且时间复杂度低。
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