CN112327786A - 设备非占用时间段动态调整的综合调度方法 - Google Patents

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谢志强
王炳进
贾晴
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Abstract

设备非占用时间段动态调整的综合调度方法，首先利用工序设备属性构建线性方程，得出工序需求度并以此作为优先级得到预调度方案；然后根据预调度方案搜索设备非占用时间段，并采用非占用时间段缩短策略确定当前可调整工序；最后根据工序间并行能力判断当前工序是否提前，并更新预调度方案，从而得到最终调度方案。

Description

设备非占用时间段动态调整的综合调度方法
技术领域
本发明涉及设备非占用时间段动态调整的综合调度方法。
背景技术
设备非占用时间段定义：在加工过程中设备在完成某一工序的加工任务后不存在可加工工序或算法未安排工序加工的时间段。
对于设备非占用时间段的处理目前已有学者研究并取得相应的成效，提出的方法：一种对产品加工树按照一定方法进行调度，在调度过程中发现设备非占用后对设备非占用时间段进行调整提升设备串行性，缩短设备非占用时间段非占用时间；另一种为对产品加工树进行最大并行性调度来减少加工时间。目前的算法由于采用提高设备串行性或提高工序并行性忽略设备之间的并行性从而使产品完成时间较长。
发明内容
本发明的目的是针对当前调度算法在处理一般综合调度问题时考虑当前可加工工序尽可能提前加工当前非占用设备尽早开始加工，忽略当前未加工工序对设备非占用时间段的影响以及非占用设备即将加工工序提前对后续加工工序的影响，提供设备非占用时间段动态调整综合调度方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
设备非占用时间段动态调整的综合调度方法，利用工序占用设备时长、加工位置、所在加工子树构建线性方程求得工序产品需求度，并根据产品需求度确定各工序对产品加工影响程度，根据其影响程度确定预调度方案；根据该设备非占用时刻，遍历当前设备非占用时刻所有即将调度工序，根据非占用时间段缩短方法，即依赖设备驱动状态和工序间逻辑关系提前即将调度工序中工序产品需求度最高工序的路径工序缩短非占用时间段；采用调度方案选择方法选择较优方案。
根据上述的设备非占用时间段动态调整的综合调度方法，所述的调度方法具体实施步骤如下：
步骤1：初始化工序产品需求度并加工完成工序产品需求度设定为0，运用工序的产品需求度关系对产品进行调度得到预调度方案；
步骤2：初始化遍历时间time=0，记录各工序准调度时刻及完工时刻；
步骤3：遍历当前调度方案的time时刻的各个设备，判断是否存在当前准完工时刻后未安排工序的设备，存在转步骤6，否则转步骤4；
步骤4：在加工顺序表查询到的设备非占用时刻是否存在未加工工序，存在转步骤7，不存在转步骤5；
步骤5：判断查询到的准完工时刻是否为最终加工工序加工完工时刻，是转步骤12，否则转步骤6；
步骤6：时间变量time指向下一工序准完工时刻转步骤3；
步骤7：对查询出来的设备从time时刻利用非占用时间段缩短方法缩短非占用时间段，并生成新的加工方案及甘特图；
步骤8：比较更改之后的甘特图与记录甘特图加工时间，时间增加转步骤6，不增加转步骤9；
步骤9：比较更改之后的甘特图与记录甘特图加工时间，时间减少转步骤11，不增加转步骤10；
步骤10：比较更改之后甘特图的设备总非占用时间与记录甘特图加工时间，非占用时间增加转步骤6，否则转步骤11；
步骤11：将新生成的调度方案存储到预调度方案中，转步骤2；
步骤12：输出加工甘特图。
所述的设备非占用时间段动态调整综合调度方法，其特征是：所述的工序产品需求度计算方法是针对产品加工过程中不同工序间存在串行加工和并行加工两种约束关系导致在相同设备上加工的工序之间等待时间过长的问题，提出了占用设备时长产品需求度Fi、工序加工位置影响程度Li以及工序产品需求度Ei三个重要因素。其中，Fi是当前加工工序所占用设备的时长与其相同设备上最大加工工序的时长比值。Li是不包含加工工序i的加工时间的加工工序i后入度不小于1的工序加工时长之和与其将加工序i虚拟为根节点得到的树的最长加工路径两者之和的比值。Ei是在已知占用设备时长产品需求度Fi、工序加工位置影响程度Li的基础上构建线性方程并求得其解。
所述的设备非占用时间段动态调整综合调度方法，其特征是：所述的非占用时间段缩短方法是根据查找出非占用时间段，遍历非占用时刻所有即将调度工序，查询其产品需求度最高的工序，在调度计划中利用工序间依赖关系和设备驱动状态将该工序所有前序工序在其可调度时刻下一设备驱动时刻进行调度，通过提前前序工序的开始加工时间，提前该即将调度工序的可调度时刻，最大化缩短相应设备非占用时间。
所述的设备非占用时间段动态调整综合调度方法，其特征是：所述的调度方案选择方法是考虑车间工作提前释放设备进行下一阶段工作，优先考虑完成时刻最晚工序最早加工来释放全部设备，其次考虑设备非占用时刻最短化释放多数设备，即在加工总体时间不增加的情况下选择设备利用率高使得工序并行性最高的调度方法。
有益效果：
1. 本发明在考虑了极限缩短查找出的非占用设备非占用时间同时考虑到前移工序对设备并行性的影响，利用工序占用设备时长、加工位置、所在加工子树构建线性方程求得工序产品需求度，并根据产品需求度确定各工序对产品加工影响程度，根据其影响程度确定预调度方案；根据该设备非占用时刻，遍历当前设备非占用时刻所有即将调度工序，根据非占用时间段缩短方法，即依赖设备驱动状态和工序间逻辑关系提前即将调度工序中工序产品需求度最高工序的路径工序缩短非占用时间段；采用调度方案选择方法选择较优方案。
本发明采用预调度后调整调度方案的方法，采用动态选择方案的方式，对每个非占用时刻进行调整生成新的调度方案，在动态调整非占用时间段生成的调度方案中选择较优的方案，在方案选择中首先考虑总体加工时间，其次考虑总体非占用时间，在减少加工时间的同时提高设备利用率。
附图说明：
附图1是本发明算法设计图。
附图2是本发明一个简单实例的产品工艺树。
附图3是本发明针对附图1所示工艺树的调度结果甘特图。
附图4是本发明针对附图2所示工艺树的调度结果甘特图。
附图5是本发明针对附图3所示工艺树的调度结果甘特图。
附图6是本发明针对附图4所示工艺树的调度结果甘特图。
附图7是现有技术对附图1所示工艺树的调度结果甘特图。
附图8是现有技术对附图1所示工艺树的调度结果甘特图。
具体实施方式：
实施例1：
设备非占用时间段动态调整的综合调度方法，利用产品需求度预调度方案形成初始调度方案，首先采用非占用时间段查找方法确认加工非占用时间段；后非占用时间段缩短方法将路径最长不可调度工序尽可能提前；之后利用调度方案选择方法选择较优调度方案；调度方案未调整继续遍历下一个非占用时间点，否则从头开始遍历工序完工时刻，直至遍历到最终工序，得到最终调度方案。
实施例2：
步骤1：初始化工序产品需求度并加工完成工序产品需求度设定为0，运用工序的产品需求度关系对产品进行调度得到预调度方案；
步骤2：初始化遍历时间time=0，记录各工序准调度时刻及完工时刻；
步骤3：遍历当前调度方案的time时刻的各个设备，判断是否存在当前准完工时刻后未安排工序的设备，存在转步骤6，否则转步骤4；
步骤4：在加工顺序表查询到的设备非占用时刻是否存在未加工工序，存在转步骤7，不存在转步骤5；
步骤5：判断查询到的准完工时刻是否为最终加工工序加工完工时刻，是转步骤12，否则转步骤6；
步骤6：时间变量time指向下一工序准完工时刻转步骤3；
步骤7：对查询出来的设备从time时刻利用非占用时间段缩短方法缩短非占用时间段，并生成新的加工方案及甘特图；
步骤8：比较更改之后的甘特图与记录甘特图加工时间，时间增加转步骤6，不增加转步骤9；
步骤9：比较更改之后的甘特图与记录甘特图加工时间，时间减少转步骤11，不增加转步骤10；
步骤10：比较更改之后甘特图的设备总非占用时间与记录甘特图加工时间，非占用时间增加转步骤6，否则转步骤11；
步骤11：将新生成的调度方案存储到预调度方案中，转步骤2；
步骤12：输出加工甘特图。
实施例3：
所述的设备非占用时间段动态调整综合调度方法，其特征是：所述的工序产品需求度计算方法是针对产品加工过程中不同工序间存在串行加工和并行加工两种约束关系导致在相同设备上加工的工序之间等待时间过长的问题，提出了占用设备时长产品需求度Fi、工序加工位置影响程度Li以及工序产品需求度Ei三个重要因素。其中，Fi是当前加工工序所占用设备的时长与其相同设备上最大加工工序的时长比值。Li是不包含加工工序i的加工时间的加工工序i后入度不小于1的工序加工时长之和与其将加工序i虚拟为根节点得到的树的最长加工路径两者之和的比值。Ei是在已知占用设备时长产品需求度Fi、工序加工位置影响程度Li的基础上构建线性方程并求得其解。
所述的设备非占用时间段动态调整综合调度方法，其特征是：所述的非占用时间段缩短方法是根据查找出非占用时间段，遍历非占用时刻所有即将调度工序，查询其产品需求度最高的工序，在调度计划中利用工序间依赖关系和设备驱动状态将该工序所有前序工序在其可调度时刻下一设备驱动时刻进行调度，通过提前前序工序的开始加工时间，提前该即将调度工序的可调度时刻，最大化缩短相应设备非占用时间。
所述的设备非占用时间段动态调整综合调度方法，其特征是：所述的调度方案选择方法是考虑车间工作提前释放设备进行下一阶段工作，优先考虑完成时刻最晚工序最早加工来释放全部设备，其次考虑设备非占用时刻最短化释放多数设备，即在加工总体时间不增加的情况下选择设备利用率高使得工序并行性最高的调度方法。
实施例4：
上述的设备非占用时间段动态调整的综合调度方法，其工序产品需求度模块方法实施如下：
利用当前工序i占用设备时长timei及占用设备时间最长工序max_time求得占用设备时长产品需求度Fi，利用工序所有前序工序加工时间time_begini与后续工序加工时间time_backi的关系求得工序加工位置产品需求度Li，最终利用Fi、Li与工序i所在子树时长sum_timei与加工时长最长的子树的加工时间max_sum_timei求解线性方程得到工序i产品需求度。
实施例5：
上述的设备非占用时间段动态调整的综合调度方法，其非占用时间段缩短模块方法实施如下：
通过遍历预调度方案中所有工序准完工时刻及准调度时刻，根据同设备连续工序间调度时刻和完工时刻间存在的关系，得到同设备工序间等待时间，即该设备的非占用时间段，根据查找出的非占用时间段，通过遍历非占用时刻所有即将调度工序，查询其产品需求度最高的工序，在调度计划中利用工序间依赖关系和设备驱动状态将该工序所有前序工序在其可调度时刻下一设备驱动时刻进行调度，通过提前其前序工序的开始加工时间，提前该即将调度工序的可调度时刻，最大化缩短相应设备非占用时间。
实施例6：
上述的设备非占用时间段动态调整的综合调度方法，其调度方案选择模块方法实施如下：
在确定调整完毕的调度方案之后，放弃其中加工时间较高的方案，选择其中加工时间较低的方案，当加工时间相同时，按照设备总非占用时间越低，工序加工并行性越高的准则选择设备总非占用时间较低的方案。
实施例7：
上述的设备非占用时间段动态调整的综合调度方法，如附图2所示，即为一个产品A的工艺树图例，其中存在14道工序可在4台设备上加工，每个工序存储的信息不相同，矩形框内符号含义为：产品工序名/加工设备名/加工时间。
以下将结合附图2中的工艺树图例来对本方法的具体执行流程进行说明。
实施例8：
上述的设备非占用时间段动态调整的综合调度方法，下面为采用本文调度方法对附图2中的工艺树图例进行调度。具体操作步骤如下：
步骤1：利用预调度方案生成产品预调度最终得到预调度方案调度顺序为：W14，W6，W10，W11，W8，W5，W7，W12，W13，W3，W9，W2，W4，W1 。初始甘特图如附图3所示。
步骤2：找寻第一个存在即将加工工序且无加工工序的非占用设备为M2，利用非占用时间段缩短方法将M2即将调度工序中产品需求度最高的工序W3的最短加工路径上的工序提前到工序可加工时间之后设备下一驱动时刻，在工序表中删除相应工序，对剩余工序利用产品需求度内在制约关系排序。生成新的调度顺序为W14，W10，W11，W8，W7，W3，W6，W9，W12，W13，W9，W2，W4，W1，新的调度方法生成的甘特图如附图4所示，调整后调度顺序的加工时间为30工时，比较于预调度加工时间减少，非占用时间减少，关键路径上工序提前，以生成调度方案为预调度方案进行下一轮比较，并设置遍历时间time=0。
步骤3：在新生成的调度方案中在time时刻遍历设备找寻非占用时刻查询到M4首先非占用，其中即将调度工序中产品需求度最高的工序为W5，利用非占用时间段缩短方法将W5路径加工上工序进行提前，生成新的调度顺序为W5，W14，W6，W10，W11，W8， W7，W12，W13，W3，W9，W2，W4，W1。生成调度甘特图加工时间为39工时，加工时间增加放弃本次调度。time时刻不清零，继续从time时刻遍历查询M2在time时刻之后即将调度工序中产品需求度最高的工序为W2，利用非占用时间段缩短方法将W2的路径工序W5和W6提前得到的调度顺序为W6，W5，W14，W10，W11，W8，W7，W12，W13，W3，W9，W2，W4，W1，得到的调度甘特图如附图5所示，总用时34工时，增加加工时间，放弃本次提前调度方案。
步骤4：在time时刻继续向后寻找下一非占用驱动时刻为M1加工10工时时刻，非占用时刻后，即将调度工序中产品需求度最高的工序为W4，将W4路径工序利用非占用时间段缩短方法进行提前得到的加工顺序为W12，W13，W9，W4，W14，W6，W10，W11，W8，W5，W7， W3，W2， W1。其调度结果甘特图如附图6所示。总用时为34工时，增加了加工时间，放弃本次提前调度方案。
步骤5：在time时刻查找下一非占用加工时刻为M3加工18工时时刻，此时即将调度工序中产品需求度最高的工序为W1为最终加工工序，结束调度，最终调度结果为预调度中存储调度方案为W14，W10，W11，W8，W7，W3，W6，W9，W12，W13，W9，W2，W4，W1，其加工甘特图为附图4所示。
实施例9：
上述的存在单组多工序同时结束的逆序综合调度方法，实例对比：
下面将本发明调度方法与现有的较为优秀的非占用时间调整调度方法进行实例对比。
附图7为采用较为优秀的设备非占用时间段调整的调度方法对附图2所示的实例进行调度的甘特图，附图8为采用较为优秀的考虑串行工序紧密度的驱动的综合调度方法对附图2所示的实例进行调度的甘特图，对比附图4和附图7和附图8，采用本文提出的方法产品加工用时是30工时，采用较为优秀结果为附图7的方法产品加工用时是39工时，采用较为优秀结果为附图8的方法产品加工用时是34工时。本文的优点在考虑设备非占用时间段调整也就是增加同一设备加工工序串行性的同时考虑对设备并行性的影响，通过在完整调度方案中选取较优解，避免已调度工序提前占用设备影响后续加工且无法退回更改。
通过产品实例对比可知，本算法在处理一般综合调度问题上对比于已有的调度算法具有优越性。

Claims (5)

1.设备非占用时间段动态调整的综合调度方法，其特征是:利用工序占用设备时长、加工位置、所在加工子树构建线性方程求得工序产品需求度，并根据产品需求度确定各工序对产品加工影响程度，根据其影响程度确定预调度方案；根据该设备非占用时刻，遍历当前设备非占用时刻所有即将调度工序，根据非占用时间段缩短方法，即依赖设备驱动状态和工序间逻辑关系提前即将调度工序中工序产品需求度最高工序的路径工序缩短非占用时间段；采用调度方案选择方法选择较优方案。
2.根据权利要求1所述的设备非占用时间段动态调整综合调度方法，其特征是：所述的调整调度方案优化调度步骤如下：
步骤1：初始化工序产品需求度并加工完成工序产品需求度设定为0，运用工序的产品需求度关系对产品进行调度得到预调度方案；
步骤2：初始化遍历时间time=0，记录各工序准调度时刻及完工时刻；
步骤3：遍历当前调度方案的time时刻的各个设备，判断是否存在当前准完工时刻后未安排工序的设备，存在转步骤6，否则转步骤4；
步骤4：在加工顺序表查询到的设备非占用时刻是否存在未加工工序，存在转步骤7，不存在转步骤5；
步骤5： 判断查询到的准完工时刻是否为最终加工工序加工完工时刻，是转步骤12，否则转步骤6；
步骤6：时间变量time指向下一工序准完工时刻转步骤3；
步骤7：对查询出来的设备从time时刻利用非占用时间段缩短方法缩短非占用时间段，并生成新的加工方案及甘特图；
步骤8：比较更改之后的甘特图与记录甘特图加工时间，时间增加转步骤6，不增加转步骤9；
步骤9：比较更改之后的甘特图与记录甘特图加工时间，时间减少转步骤11，不增加转步骤10；
步骤10：比较更改之后甘特图的设备总非占用时间与记录甘特图加工时间，非占用时间增加转步骤6，否则转步骤11；
步骤11：将新生成的调度方案存储到预调度方案中，转步骤2；
步骤12：输出加工甘特图。
3.根据权利要求1或2所述的设备非占用时间段动态调整综合调度方法，其特征是： 针对产品加工过程中不同工序间存在串行加工和并行加工两种约束关系导致在相同设备上加工的工序之间等待时间过长的问题，提出了占用设备时长产品需求度Fi、工序加工位置影响程度Li以及工序产品需求度Ei三个重要因素；其中，Fi是当前加工工序所占用设备的时长与其相同设备上最大加工工序的时长比值；Li是不包含加工工序i的加工时间的加工工序i后入度不小于1的工序加工时长之和与其将加工序i虚拟为根节点得到的树的最长加工路径两者之和的比值；Ei是在已知占用设备时长产品需求度Fi、工序加工位置影响程度Li的基础上构建线性方程并求得其解。
4.根据权利要求1或2所述的考虑设备非占用时间段动态调整综合调度方法，其特征是：所述的非占用时间段缩短方法是根据查找出非占用时间段，遍历非占用时刻所有即将调度工序，查询其产品需求度最高的工序，在调度计划中利用工序间依赖关系和设备驱动状态将该工序所有前序工序在其可调度时刻下一设备驱动时刻进行调度，通过提前前序工序的开始加工时间，提前该即将调度工序的可调度时刻，最大化缩短相应设备非占用时间。
5.根据权利要求1或2所述的设备非占用时间段动态调整综合调度方法，其特征是：所述的调度方案选择方法是考虑车间工作提前释放设备进行下一阶段工作，优先考虑完成时刻最晚工序最早加工来释放全部设备，其次考虑设备非占用时刻最短化释放多数设备，即在加工总体时间不增加的情况下选择设备利用率高使得工序并行性最高的调度方法。
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