本發(fā)明涉及一種作業(yè)車間排程方法和系統(tǒng)，特別是涉及一種作業(yè)車間裝備全活躍節(jié)能排程方法和系統(tǒng)，屬于離散制造車間智能制造
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：現(xiàn)代作業(yè)車間裝備排程問題可描述為：若干個工件在若干臺裝備上加工，每個工件的加工路線給定，每個工件使用裝備的順序及每道工序所花的時間給定。排程目標(biāo)是給出一種每臺裝備上工件的加工順序，使得某種指標(biāo)最優(yōu)。傳統(tǒng)排程問題主要考慮制造期、最大延遲時間、滯后時間等優(yōu)化指標(biāo)。近年來，國內(nèi)外研究人員開始關(guān)注該問題的能量消耗狀況。經(jīng)典排程類型可分為三種類型，分別是活躍排程、半活躍排程和無延遲排程。但是以上排程類型均沒有考慮排程過程中的能耗指標(biāo)。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種作業(yè)車間裝備全活躍節(jié)能排程方法，以保證不降低車間生產(chǎn)效率的前提下，降低能量消耗。本發(fā)明的另一個目的是提供一種作業(yè)車間裝備全活躍節(jié)能排程系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的：一種作業(yè)車間裝備全活躍節(jié)能排程方法，依次包括以下步驟，s01、用啟發(fā)式算法對n個工件m個裝備的作業(yè)車間進行求解，得到原始排程方案，并對原始排程方案用基于工序的編碼方式進行編碼，得到原始編碼序列；s02、沿鏡像平面對工藝路線以及編碼序列進行翻轉(zhuǎn)，獲得鏡像工藝路線和鏡像編碼序列；s03、按順序依次從鏡像編碼序列取出工序，根據(jù)鏡像工藝路線，將工件安排在對應(yīng)裝備的最早開始時刻加工，直至所有的工序都安排完畢，并計算所有工序的開始加工時刻和結(jié)束加工時刻；s04、計算每個裝備的空閑時間，將空閑時間大于0的裝備放入一個集合中；s05、從當(dāng)前集合中取出時刻最大裝備，所述時刻最大裝備是當(dāng)前集合中完成最后一個工序的時刻最大的裝備，將所述時刻最大裝備的所有工序放在一個序列中，并根據(jù)工序的完成時刻進行降序排序，獲得降序序列。s06、對每個裝備的降序序列進行如下處理：從降序序列中第二個工序開始，對每個工序進行重新排列；所述重新排列的方式為：設(shè)當(dāng)前裝備編號為i’，當(dāng)前工序用oi’j表示，序列中的前一個工序用oi’k表示；如果oi’j是工件j的最后一個工序，則它的開始加工時刻調(diào)整為ci′j＝si′k，si′j＝ci′j-ti′j，ci’j和si’j分別是oi’j的完成加工時刻和開始加工時刻，si’k是oi’k的開始加工時刻；如果oi’j不是工件j的最后一個工序，則它的開始加工時刻調(diào)整為ci′j＝min(si′k,slj)，si′j＝ci′j-ti′j，slj是工件j中oi’j的下一道工序的開始加工時刻，ti’j是oi’j的加工時間；s07、將該裝備從集合中移出，重復(fù)步驟s05、s06直至集合中所有裝備都已取出，鏡像翻轉(zhuǎn)步驟s05、s06處理后的排程方案可得到最終排程方案。進一步的，所述基于工序的編碼方式為：用n×m元素的整數(shù)序列表示。進一步的，所述原始編碼序列是n×m元素的整數(shù)序列，序列中的元素取值為[1,n]，并且[1,n]中每個元素的數(shù)量是m；序列中第k個j表示第j個工件的第k個工序，k＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n。進一步的，所述裝備的空閑時間為tidle，第i個裝備的空閑時間為tiidle，ci是第i個裝備完成最后一個工序的時刻，si是第i裝備開始加工第一個工序的時刻，tij是第j個工件在第i個裝備上加工的時間。優(yōu)選的，所述啟發(fā)式算法為轉(zhuǎn)換瓶頸啟發(fā)式算法、遺傳算法和粒子群算法中的一種。一種作業(yè)車間裝備全活躍節(jié)能排程系統(tǒng)，包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊：采集裝備待機功率數(shù)據(jù)并打包上傳至服務(wù)器；算法庫：提供原始排程方案算法；排程模塊：從服務(wù)器讀取裝備的待機功率，應(yīng)用算法庫得到原始排程方案，應(yīng)用作業(yè)車間裝備全活躍節(jié)能排程方法得到最終排程方案；顯示模塊：顯示最終排程方案。進一步的，所述現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊包括若干智能電表組成rs-485網(wǎng)絡(luò)，所述排程模塊根據(jù)生產(chǎn)管理系統(tǒng)讀取排程任務(wù)。進一步的，所述顯示模塊顯示甘特圖。本發(fā)明所提供的技術(shù)方案的優(yōu)點在于，在排程過程中考慮能耗特征，獲得的最終排程方案相較于現(xiàn)有技術(shù)的排程方案在效率和能效上均有提升。附圖說明圖1為作業(yè)車間裝備全活躍節(jié)能排程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為一個3工件3裝備的作業(yè)車間的編碼解碼過程。圖3為作業(yè)車間裝備全活躍節(jié)能排程方法流程示意圖。具體實施方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。請參見圖1，作業(yè)車間裝備全活躍節(jié)能排程系統(tǒng)包括：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊，多塊智能電表組成rs-485網(wǎng)絡(luò)，采集裝備待機功率，通過數(shù)據(jù)集中器進行數(shù)據(jù)匯總，打包上傳到固定域名的服務(wù)器；算法庫，包含轉(zhuǎn)換瓶頸啟發(fā)式算法、遺傳算法、粒子群算法等求解排程方案的啟發(fā)式算法；排程模塊，從mes、erp等生產(chǎn)管理系統(tǒng)讀取當(dāng)天排程任務(wù)，從服務(wù)器讀取裝備的待機功率，應(yīng)用算法庫中的啟發(fā)式算法求解排程方案，應(yīng)用本發(fā)明所提出的作業(yè)車間全活躍節(jié)能排程方法對得到的排程方案進行節(jié)能排程；顯示模塊，通過顯示器、打印機等顯示甘特圖，包含所有工序的開始加工時刻和完成加工時刻以及對應(yīng)的裝備等信息。首先說明用基于工序的編碼方式進行編碼的方法，對一個擁有n個工件m個裝備的作業(yè)車間的排程方案，用基于工序的編碼方式進行編碼，即用一個有n×m元素的整數(shù)序列來表示。序列中的元素取值為[1,n]，并且[1,n]中每個元素的數(shù)量恰好是m個。序列中第k個j表示第j個工件的第k個工序(k＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n)。以一個3工件3裝備的作業(yè)車間為例，它的工藝路線如表1所示。以編碼序列[211223313]為例，該序列中的三個“2”分別表示工件2的三個工序，該編碼的解碼過程如圖2所示。表1、3工件3裝備的作業(yè)車間的工藝路線本發(fā)明實施方式所述的作業(yè)車間裝備全活躍節(jié)能排程方法是這樣的：s01、用轉(zhuǎn)換瓶頸啟發(fā)式算法、遺傳算法或粒子群算法等啟發(fā)式算法對n個工件m個裝備的作業(yè)車間進行求解，得到原始排程方案，并對原始排程方案用基于工序的編碼方式進行編碼，得到原始編碼序列。s02、引用幾何學(xué)上鏡像概念，翻轉(zhuǎn)所有工件的工藝路線以及原始編碼序列，獲得鏡像編碼序列；原始編碼序列以c表示，鏡像編碼序列用c’表示。以表2中的2工件2裝備的作業(yè)車間問題為例，它的鏡像工藝路線如表3所示。表2、2工件2裝備的作業(yè)車間的工藝路線表3、2工件2裝備的作業(yè)車間的鏡像工藝路線s03、按順序依次從鏡像編碼序列c’取出工序，根據(jù)鏡像工藝路線，將工件安排在對應(yīng)裝備的最早開始時刻加工，直至所有的工序都安排完畢，并計算所有工序的開始加工時刻和結(jié)束加工時刻；s04、計算每個裝備的空閑時間tidle，將空閑時間大于0的裝備放入一個集合中；ci是第i個裝備完成最后一個工序的時刻，si是第i裝備開始加工第一個工序的時刻，tij是第j個工件在第i個裝備上加工的時間；s05、從當(dāng)前集合中取出時刻最大裝備，所述時刻最大裝備是完成最后一個工序的時刻最大的裝備，即取出ci最大的裝備，將所述時刻最大裝備的所有工序放在一個序列中，并根據(jù)工序的完成時刻進行降序排序，獲得降序序列；s06、對每個裝備的降序序列進行如下處理：從降序序列中第二個工序開始，對每個工序進行重新排列；所述重新排列的方式為：設(shè)當(dāng)前裝備編號為i’，當(dāng)前工序用oi’j表示，序列中的前一個工序用oi’k表示；如果oi’j是工件j的最后一個工序，則它的開始加工時刻調(diào)整為ci′j＝si′k，si′j＝ci′j-ti′j，ci’j和si’j分別是oi’j的完成加工時刻和開始加工時刻，si’k是oi’k的開始加工時刻；如果oi’j不是工件j的最后一個工序，則它的開始加工時刻調(diào)整為ci′j＝min(si′k,slj)，si′j＝ci′j-ti′j，slj是工件j中oi’j的下一道工序的開始加工時刻，ti’j是oi’j的加工時間；s07、將該裝備從集合中移出，重復(fù)步驟s05、s06直至集合中所有裝備都已取出，鏡像翻轉(zhuǎn)步驟s05、s06處理后的排程方案可得到最終排程方案。為評價應(yīng)用本發(fā)明所提出的作業(yè)車間全活躍節(jié)能排程方法的效果，設(shè)定兩個評價指標(biāo)，分別是最大完工時間cmax和排程過程的能耗ec。排程過程的能耗由兩部分組成，分別工件加工過程的能耗ecw和裝備空閑待機的能耗ecnw。由于ecw是固定的，僅需要要考慮ecnw即可。cmax表征排程的效率，而ecnw表征能量的使用效率。cmax＝max{c1,c2,…,cm}ci是裝備i完成最后一個工序的時刻，是裝備i空閑待機時的功耗，tij是工件j在裝備i上加工時間。下面結(jié)合兩個具體實施例來說明本發(fā)明作業(yè)車間裝備全活躍節(jié)能排程方法的優(yōu)勢，實施例1為10工件5裝備的作業(yè)車間的排程，表4給出了其工藝路線，表4、一個10工件5裝備的作業(yè)車間工藝路線轉(zhuǎn)移瓶頸啟發(fā)式算法得到排程結(jié)果后，分別用半活躍排程方法、活躍排程方法、全活躍節(jié)能排程方法對排程結(jié)果進行重排程，它們評價指標(biāo)如表5所示。裝備在空閑待機時的功耗為6kw。表5、各種方法的評價指標(biāo)比較方法cmax(s)ec(kj)原始排程方案6822334半活躍排程方法6792004活躍排程方法6661296全活躍節(jié)能排程方法6661150實施例2為20工件5裝備的作業(yè)車間的排程，表6給出了其工藝路線，表6、一個20工件5裝備的作業(yè)車間工藝路線轉(zhuǎn)移瓶頸啟發(fā)式算法得到排程結(jié)果后，分別用半活躍排程方法、活躍排程方法、全活躍節(jié)能排程方法對排程結(jié)果進行重排程，它們評價指標(biāo)如表7所示。裝備在空閑待機時的功耗為6kw。表7、各種方法的評價指標(biāo)比較方法cmax(s)ec(kj)原始排程方案10682784半活躍排程方法10643318活躍排程方法10472634全活躍節(jié)能排程方法10472344從上述兩實施例可以看出，本發(fā)明作業(yè)車間裝備全活躍節(jié)能排程方法在效率和能效上均要優(yōu)于其他排程方法。當(dāng)前第1頁12