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基于零件虛擬工序隊(duì)列的FMS動態(tài)調(diào)度研究
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注意：本文已經(jīng)在《中國機(jī)械工程》(1999,10(12):1367～1369)雜志發(fā)表
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趙天奇 陳禹六 李培根
摘要提出虛擬工序隊(duì)列的概念，并在此基礎(chǔ)上提出一種基于靜態(tài)零件分批（靜態(tài)調(diào)度）的FMS動態(tài)生產(chǎn)調(diào)度方法，該算法充分考慮到FMS的系統(tǒng)資源限制及零件運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，能較好地解決生產(chǎn)調(diào)度中的設(shè)備負(fù)荷平衡、系統(tǒng)緊急事件發(fā)生（如機(jī)床故障、新零件加入等）、可替代加工工序等問題，且易于實(shí)現(xiàn)，具有較廣泛的適應(yīng)性。
關(guān)鍵詞FMS零件虛擬工序隊(duì)列動態(tài)調(diào)度調(diào)度規(guī)則
中國圖書資料分類法分類號TH165TP271
Dynamic Scheduling Based on Virtual Operation Queue of Part for FMSs
Zhao Tianqi(Tsinghua University,Beijing,China)ChenYuliuLi Peigenp 1367-1369
Abstract: In this paper a concept of Virtual Operation Queue of part is proposed, a dynamic production scheduling algorithm is presented based on static batching of FMSs. The restricts of manufacturing resources, influence of part handling system and some emergency events (e.g. machine breakdown, rush order joining etc.), alternative operations, etc. are considered in the algorithm. The algorithm is easy to be realized, and can be applied to dynamic scheduling for most types of FMSs, which have one or more AGVs and have linear or loop layout.
Key words:FMSVirtual Operation Queue of PartDynamic schedulingDispatching Rule
對于有效地利用已有FMS中的各種資源提高生產(chǎn)效率而言，合理完善的調(diào)度控制系統(tǒng)是關(guān)鍵。調(diào)度是指在時間意義上所有系統(tǒng)資源的定位、分配和處理，其系統(tǒng)分為加工子系統(tǒng)和運(yùn)輸子系統(tǒng)(刀具流系統(tǒng)和物料流系統(tǒng))，其調(diào)度分為靜態(tài)調(diào)度和動態(tài)調(diào)度。FMS的調(diào)度控制比較復(fù)雜，尤其當(dāng)涉及的因素較多時，若要根據(jù)某一調(diào)度目標(biāo)得到最優(yōu)調(diào)度結(jié)果，往往很難滿足實(shí)時性的要求。其實(shí)，多數(shù)情況下調(diào)度目標(biāo)是人為的，F(xiàn)MS調(diào)度只要得到近優(yōu)解即可［1，2］。
本文在零件靜態(tài)分批的基礎(chǔ)上提出零件虛擬工序隊(duì)列的概念，并在此基礎(chǔ)上提出1個解決FMS動態(tài)生產(chǎn)調(diào)度的啟發(fā)式調(diào)度算法。
1FMS調(diào)度問題描述
FMS動態(tài)調(diào)度及零件靜態(tài)分批之間的關(guān)系見圖1。這里所研究的動態(tài)調(diào)度是在零件靜態(tài)分
批的基礎(chǔ)上以分好的零件子批為加工任務(wù)進(jìn)行調(diào)度的［3，4］。因在加工任務(wù)靜態(tài)分批階段已充分考慮了系統(tǒng)的部分資源(如裝卸站、緩沖站、刀具、夾具、托盤等因素)，故在此不需考慮。
圖1動態(tài)調(diào)度與零件靜態(tài)分批之間的關(guān)系
FMS動態(tài)調(diào)度的目標(biāo)是使系統(tǒng)具有較好的加工性能，一方面能使系統(tǒng)具有較高的生產(chǎn)率，即較高的設(shè)備利用率，另一方面能及時完成給定的加工任務(wù)。在本文中，調(diào)度主要考慮2方面的性能，即盡量滿足加工任務(wù)中零件的交貨期和盡可能減少系統(tǒng)生產(chǎn)時間。用以下2個指標(biāo)來描述：工件平均延誤時間（mean tardiness，MT）和工件平均流通時間（mean flow-time，MFT）。
MT反映零件是否滿足交貨期，MFT則反映工件在系統(tǒng)中的駐留時間，能較全面地反映系統(tǒng)生產(chǎn)時間。調(diào)度目標(biāo)
f=min{W1×MT W2×MFT}
式中，W1、W2為權(quán)值；×反映調(diào)度目標(biāo)中MT和MFT的側(cè)重程度。
2零件虛擬工序隊(duì)列的概念及特點(diǎn)
零件在FMS中加工的過程可用排隊(duì)理論和方法來描述，由于加工中影響因素較多，如零件的某些工序存在可替代加工工序和零件的加工工序之間的加工先后關(guān)系的柔性等。這些因素給系統(tǒng)性能的提高創(chuàng)造了有利的條件，但無疑也為系統(tǒng)的調(diào)度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)增加了難度。這也是目前大多數(shù)調(diào)度控制系統(tǒng)采用固定加工工藝的主要原因之一。利用本文提出的零件虛擬工序隊(duì)列方法可大幅度降低調(diào)度問題的復(fù)雜性。
零件虛擬工序隊(duì)列方法的基本原理見圖2。假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)的每一臺機(jī)床前都存在一隊(duì)列(集合)，該集合中存放的是當(dāng)前該設(shè)備能夠加工的工序(機(jī)床的可加工工序集合)。在調(diào)度開始時各設(shè)備前可加工工序集合為空(也可按給定系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)定)，當(dāng)有新零件進(jìn)入系統(tǒng)或設(shè)備加工完一零件時，首先判明該零件當(dāng)前能加工的工序及其對應(yīng)的機(jī)床，然后使這些工序進(jìn)入對應(yīng)機(jī)床的可加工工序集合中。若當(dāng)前可調(diào)度工序存在可替代加工工序，則該工序同時加入到對應(yīng)設(shè)備的可加工工序集合中。設(shè)備的下一個加工零件是在該機(jī)床的可加工工序集合中按一定的規(guī)則進(jìn)行選擇的。當(dāng)機(jī)床選擇好1個工序后，從所有設(shè)備的可加工工序集合中刪去該工序?qū)?yīng)的零件的所有工序，從而避免不同設(shè)備同時選擇同一零件的情況。
圖2零件虛擬工序隊(duì)列概念圖
采用零件虛擬工序隊(duì)列方法有如下特點(diǎn)：
(1)有廣泛的適應(yīng)性。對機(jī)床故障、緊急零件進(jìn)入、可替代加工工序以及改變調(diào)度目標(biāo)等通常意義上的重調(diào)度情況都很容易處理。
(2)避免了算法中零件在不同的機(jī)床隊(duì)列之間不必要的相互傳送及調(diào)整。
(3)在零件優(yōu)化分批的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)批內(nèi)各機(jī)床加工負(fù)荷的近似自動平衡。機(jī)床最大負(fù)荷不均衡量為零件的最后一道加工工序的加工時間。
(4)適用于多種零件的混流生產(chǎn)，也適用于傳統(tǒng)的Job－Shop生產(chǎn)。
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