CN110378583A - 一种拟关键路径同设备相邻工序互换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种拟关键路径同设备相邻工序互换方法，采用拟关键路径策略确定产品加工工艺树中各工序的调度顺序，采用首次适应策略确定各工序的调度时间，形成原始调度方案；分别以原始调度方案为基础，依次在每台加工设备上寻找可互换的相邻工序；按相邻工序互换策略，调整互换工序调度顺序，同时对所影响工序进行调整；得到新的产品调度方案；依次寻找下一可互换相邻工序，生成新的产品调度方案。在生成所有方案后,选择加工总用时最小的方案作为产品最终调度方案。该算法在拟关键路径策略的基础上，提出相邻工序互换策略和相邻工序互换调整策略，保证串行工序间的紧密度的同时，提高了调度问题中并行工序间的并行处理效率，优化了调度结果。
Description
技术领域
本发明涉及自动化加工技术领域，具体涉及一种拟关键路径同设备相邻工序互换方法。
背景技术
随着技术的不断发展进步，近年来制造业逐步地向自动化生产的模式发展，自动化生产技术在企业的生产加工中已经得到普遍应用。在自动化制造中，产品制造调度问题是最困难的组合优化问题，一直备受关注。在实际的生产加工中，经常存在单件复杂产品在多台不同设备或者在多个不同车间进行加工的情况，因此需要对不同加工工序进行调度，以缩短加工时间，提高加工效率，由此提出了拟关键路径算法，也即在一条拟关键路径上进行时间压缩的算法。目前拟关键路径调度算法在调度具有树状工艺结构的复杂单产品时过于注重工序的串行加工，没有考虑并行工序之间的并行处理，忽略了先加工工序对后加工工序的影响，导致串行工序间紧密度差，并行工序间并行性差，最终影响产品调度结果。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种拟关键路径同设备相邻工序互换方法，该算法在拟关键路径策略的基础上，提出相邻工序互换策略和相邻工序互换调整策略，保证串行工序间的紧密度的同时，有效提高了调度问题中并行工序间的并行处理效率，优化了调度结果。
本发明采用如下方案实现：
一种拟关键路径同设备相邻工序互换方法，该调度方法包括如下步骤：采用拟关键路径策略确定产品加工工艺树中各工序的调度顺序；采用首次适应策略确定产品加工工艺树中各工序的调度时间，形成原始调度方案；分别以原始调度方案为基础，依次在每台加工设备上寻找可互换的相邻工序；按相邻工序互换策略，调整互换工序调度顺序；并按相邻工序互换调整策略，对所影响工序进行调整；得到新的产品调度方案，将其加入产品调度方案集合中；依次寻找下一可互换相邻工序，生成新的产品调度方案，并加入产品调度方案集合中；生成所有新的调度方案后,按最优产品调度方案选择策略，选择产品加工总用时最小的产品调度方案作为产品最终调度方案。
进一步的，调度方法的具体实施步骤如下：
步骤1：采用拟关键路径策略确定产品加工工艺树中各工序的调度顺序；
步骤2：采用首次适应策略确定产品加工工艺树中各工序的调度时间，形成原始调度方案D；
步骤3：设共有M台加工设备；
步骤4：输入i=1；
步骤5：判断i<=M是否成立,若成立则执行步骤6，若不成立执行步骤8；
步骤6：将原始调度方案D中，第i台设备上的所有工序，按加工顺序入队列Q；
步骤7：i++，执行步骤5.
步骤8：判断队列Q中是否只存在一个工序，若不是只存在一个工序则执行步骤9，若是只存在一个工序则执行步骤16；
步骤9：从队列Q中出队一个工序A；
步骤10：按相邻工序互换策略，判断工序A与其在队列Q中的紧后工序B是否同属于一台加工设备，若工序A与工序B是属于同一台加工设备，则执行步骤11，若工序A与工序B不属于同一台加工设备否则执行步骤8；
步骤11：判断工序A与工序B是否具有串行关系，若工序A与工序B具有串行关系则执行步骤8，若工序A与工序B不具有串行关系则执行步骤12；
步骤12：将工序B调整至工序A之前，加工开始时间取原工序A的紧前工序加工结束时间与工序B在工艺树中紧前工序加工结束时间中的最大值；
步骤13：按相邻工序互换调整策略，对原始加工方案中，因工序A与工序B互换而影响到的其它工序进行调整；
步骤14：得到新的产品调度方案，将其加入产品调度方案集合中，执行步骤8；
步骤15：按最优产品调度方案选择策略，分别计算产品调度方案集合中，每一个产品调度方案的加工总用时；
步骤16：选择时加工总用时最小的产品调度方案作为最终调度方案；
步骤17：输出调度结果甘特图。
进一步的，所述加工工艺树是彼此之间有加工先后顺序约束的工序集合，工艺树的每个节点是一个工序，节点中的信息包括工序名称、加工设备号和加工时间。
进一步的，所述的相邻工序互换策略是判断一个工序和其紧后工序是否同属于一台加工设备，以及判断属于同一台加工设备的两个工序是否具有串行关系 。
进一步的，所述的判断工序A和工序B是否具有串行关系是：判断工序A的加工开始时间是否可作为工序B的加工开始时间；判断工序B的加工开始时间是否可作为工序A的加工开始时间，。
进一步的，所述步骤14中，每一个工序的加工时间取其设备上紧前工序加工结束时间与该工序在其工艺树中紧前工序加工结束时间的最大值。
对比现有技术，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提出相邻工序互换策略，寻找采用拟关键路径技术调度各工序所形成的原始产品调度方案中的可互换相邻工序，并将置换其加工顺序，扩大了问题的解空间，有助于寻找更优解。在更大的解空问中寻找调度问题最优解，弥补了当前拟关键路径算法的不中，实现了调度工序时能够兼顾工序的串行紧密度和并行工序的并行处理效率，缩小了产品加工总用时。
2.弥补了相邻工序互换策略的实施给当前已调度工序所带来的负面影响，使相邻工序互换策略能够顺利实现。
附图说明
图1为加工工艺树的示例。
图2为采用现有的拟关键路径调度技术对图1所示的加工工艺树图例进行调度的结果甘特图。
图3为本发明拟关键路径同设备相邻工序互换方法对图1所示的加工工艺树图例进行调度的结果甘特图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明，下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种拟关键路径同设备相邻工序互换方法，该调度方法包括如下步骤：采用拟关键路径策略确定产品加工工艺树中各工序的调度顺序；采用首次适应策略确定产品加工工艺树中各工序的调度时间，形成原始调度方案；分别以原始调度方案为基础，依次在每台加工设备上寻找可互换的相邻工序；按相邻工序互换策略，调整互换工序调度顺序；并按相邻工序互换调整策略，对所影响工序进行调整；得到新的产品调度方案，将其加入产品调度方案集合中；依次寻找下一可互换相邻工序，生成新的产品调度方案，并加入产品调度方案集合中；生成所有新的调度方案后,按最优产品调度方案选择策略，选择产品加工总用时最小的产品调度方案作为产品最终调度方案。
该算法在拟关键路径策略的基础上，提出相邻工序互换策略和相邻工序互换调整策略，保证串行工序间的紧密度的同时，有效提高了调度问题中并行工序间的并行处理，优化了调度结果。
实施例2
参照图1至图3，本发明提供的一种拟关键路径同设备相邻工序互换方法，包括如下步骤：采用拟关键路径策略确定产品加工工艺树中各工序的调度顺序；采用首次适应策略确定产品加工工艺树中各工序的调度时间，形成原始调度方案；分别以原始调度方案为基础，依次在每台加工设备上寻找可互换的相邻工序；按相邻工序互换策略，调整互换工序调度顺序；并按相邻工序互换调整策略，对所影响工序进行调整；得到新的产品调度方案，将其加入产品调度方案集合中；依次寻找下一可互换相邻工序，生成新的产品调度方案，并加入产品调度方案集合中；生成所有新的调度方案后,按最优产品调度方案选择策略，选择产品加工总用时最小的产品调度方案作为产品最终调度方案。该算法在拟关键路径策略的基础上，提出相邻工序互换策略和相邻工序互换调整策略，保证串行工序间的紧密度的同时，有效提高了调度问题中并行工序间的并行处理，优化了调度结果。拟关键路径策略，即拟关键路径算法，是在一条拟关键路径上进行时间压缩的算法。
调度方法的具体实施步骤如下：
步骤1：采用拟关键路径策略确定产品加工工艺树中各工序的调度顺序；
步骤2：采用首次适应策略确定产品加工工艺树中各工序的调度时间，形成原始调度方案D；
步骤3：设共有M台加工设备；
步骤4：输入i=1；
步骤5：判断i<=M是否成立,若成立则执行步骤6，若不成立执行步骤8；
步骤6：将原始调度方案D中，第i台设备上的所有工序，按加工顺序入队列Q；
步骤7：i++，执行步骤5.
步骤8：判断队列Q中是否只存在一个工序，若不是只存在一个工序则执行步骤9，若是只存在一个工序则执行步骤16；
步骤9：从队列Q中出队一个工序A；
步骤10：按相邻工序互换策略，判断工序A与其在队列Q中的紧后工序B是否同属于一台加工设备，若工序A与工序B是属于同一台加工设备，则执行步骤11，若工序A与工序B不属于同一台加工设备否则执行步骤8；
步骤11：判断工序A与工序B是否具有串行关系，若工序A与工序B具有串行关系则执行步骤8，若工序A与工序B不具有串行关系则执行步骤12；
步骤12：将工序B调整至工序A之前，加工开始时间取原工序A的紧前工序加工结束时间与工序B在工艺树中紧前工序加工结束时间中的最大值；
步骤13：按相邻工序互换调整策略，对原始加工方案中，因工序A与工序B互换而影响到的其它工序进行调整；
步骤14：得到新的产品调度方案，将其加入产品调度方案集合中，执行步骤8；
步骤15：按最优产品调度方案选择策略，分别计算产品调度方案集合中，每一个产品调度方案的加工总用时；
步骤16：选择时加工总用时最小的产品调度方案作为最终调度方案；
步骤17：输出调度结果甘特图。
每一个步骤结束后未做特别说明的则按顺序执行下一步骤。
加工工艺树是彼此之间有加工先后顺序约束的工序集合，工艺树的每个节点是一个工序，节点中的信息包括工序名称、加工设备号和加工时间。本实施例中，如附图所示，节点中的数字按先后顺序分别代表工序名称、加工设备号和加工时间，例如：A1/M1/15为普通工序，其含义是工序名称是A1，加工设备号为M1，加工时间为15。
相邻工序互换策略是判断一个工序和其紧后工序是否同属于一台加工设备，以及判断属于同一台加工设备的两个工序是否具有串行关系。
判断工序A和工序B是否具有串行关系主要是包括：判断工序A的加工开始时间是否可作为工序B的加工开始时间，判断工序B的加工开始时间是否可作为工序A的加工开始时间，当两者中至少有一个为否的时候即具有串行关系，当两者皆为是的时候则具有并行关系。
在本实施例中，相邻工序互换策略包括判断工序A与其在队列Q中的紧后工序B是否同属于一台加工设备，判断工序A的加工开始时间是否可作为工序B的加工开始时间、判断工序B的加工开始时间是否可作为工序A的加工开始时间，当工序A的加工开始时间可作为工序B的加工开始时间、工序B的加工开始时间可作为工序A的加工开始时间时，则说明工序A和工序B具有并行关系（也即不具有串行关系）。若上述条件同时满足（即工序A和工序B属于同一台加工设备，且工序A和工序B具有并行关系），则执行步骤12。
附图2为采用现有的拟关键路径调度技术对附图1所示的加工工艺树图例进行调度的结果甘特图，附图3为本发明拟关键路径同设备相邻工序互换方法对附图1所示的加工工艺树图例进行调度的结果甘特图。通过对比附图2和附图3可以看出，本发明的调度技术由于提高了串行工序之间的紧密度和并行工序的并行处理，明显缩短了加工总时间。
本发明提出相邻工序互换策略，寻找采用拟关键路径技术调度各工序所形成的原始产品调度方案中的可互换相邻工序，并将置换其加工顺序，扩大了问题的解空间，有助于寻找更优解。在更大的解空问中寻找调度问题最优解，弥补了当前拟关键路径算法的不中，实现了调度工序时能够兼顾工序的串行紧密度和并行工序的并行处理效率，缩小了产品加工总用时。同时弥补了相邻工序互换策略的实施给当前已调度工序所带来的负面影响，使相邻工序互换策略能够顺利实现。
虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化，是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的范围内。
Claims (6)
1.一种拟关键路径同设备相邻工序互换方法，其特征在于，该调度方法包括如下步骤：采用拟关键路径策略确定产品加工工艺树中各工序的调度顺序；采用首次适应策略确定产品加工工艺树中各工序的调度时间，形成原始调度方案；分别以原始调度方案为基础，依次在每台加工设备上寻找可互换的相邻工序；按相邻工序互换策略，调整互换工序调度顺序；并按相邻工序互换调整策略，对所影响工序进行调整；得到新的产品调度方案，将其加入产品调度方案集合中；依次寻找下一可互换相邻工序，生成新的产品调度方案，并加入产品调度方案集合中；生成所有新的调度方案后,按最优产品调度方案选择策略，选择产品加工总用时最小的产品调度方案作为产品最终调度方案。
2.根据权利要求1所述的拟关键路径同设备相邻工序互换方法，其特征在于，调度方法的具体实施步骤如下：
步骤1：采用拟关键路径策略确定产品加工工艺树中各工序的调度顺序；
步骤2：采用首次适应策略确定产品加工工艺树中各工序的调度时间，形成原始调度方案D；
步骤3：设共有M台加工设备；
步骤4：输入i=1；
步骤5：判断i<=M是否成立,若成立则执行步骤6，若不成立执行步骤8；
步骤6：将原始调度方案D中，第i台设备上的所有工序，按加工顺序入队列Q；
步骤7：i++，执行步骤5.
步骤8：判断队列Q中是否只存在一个工序，若不是只存在一个工序则执行步骤9，若是只存在一个工序则执行步骤17；
步骤9：从队列Q中出队一个工序A；
步骤10：按相邻工序互换策略，判断工序A与其在队列Q中的紧后工序B是否同属于一台加工设备，若工序A与工序B是属于同一台加工设备，则执行步骤11，若工序A与工序B不属于同一台加工设备，否则执行步骤8；
步骤11：判断工序A与工序B是否具有串行关系，若工序A与工序B具有串行关系则执行步骤8，若工序A与工序B不具有串行关系则执行步骤12；
步骤12：将工序B调整至工序A之前，加工开始时间取原工序A的紧前工序加工结束时间与工序B在工艺树中紧前工序加工结束时间中的最大值；
步骤13：按相邻工序互换调整策略，对原始调度方案D中，因工序A与工序B互换而影响到的其它工序进行调整；
步骤14：得到新的产品调度方案，将其加入产品调度方案集合中，执行步骤8；
步骤15：按最优产品调度方案选择策略，分别计算产品调度方案集合中，每一个产品调度方案的加工总用时；
步骤16：选择时加工总用时最小的产品调度方案作为最终调度方案；
步骤17：输出调度结果甘特图。
3.根据权利要求2所述的拟关键路径同设备相邻工序互换方法，其特征在于，所述加工工艺树是彼此之间有加工先后顺序约束的工序集合，工艺树的每个节点是一个工序，节点中的信息包括工序名称、加工设备号和加工时间。
4.根据权利要求2所述的拟关键路径同设备相邻工序互换方法，其特征在于，所述的相邻工序互换策略是判断一个工序和其紧后工序是否同属于一台加工设备，以及判断属于同一台加工设备的两个工序是否具有串行关系。
5.根据权利要求2所述的拟关键路径同设备相邻工序互换方法，其特征在于，所述的判断工序A和工序B是否具有串行关系是：判断工序A的加工开始时间是否可作为工序B的加工开始时间；判断工序B的加工开始时间是否可作为工序A的加工开始时间。
6.根据权利要求2所述的拟关键路径同设备相邻工序互换方法，其特征在于，所述步骤14中，每一个工序的加工时间取其设备上紧前工序加工结束时间与该工序在其工艺树中紧前工序加工结束时间的最大值。
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