本發明涉及一種考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法。

背景技術：

關于復雜單產品的綜合調度，針對單車間和資源對稱的二車間問題已有大量的研究，而對資源非對稱的多車間綜合調度問題，研究成果較少，還需要進一步的研究。

在實際的生產中，由若干工序構成的復雜單件產品在多個車間加工調度，某一時刻會出現多個可調度工序的加工設備種類相同的情況；第一，如果工序數量大于設備數量時，會出現同設備工序串行加工，某可調度工序優先加工導致其他同設備可調度工序的實際開始時間后移，影響產品的總體加工完成時間，為避免出現上述問題，考慮到長路徑上的工序對調度結果影響較大，本方法創新提出同種設備工序長路徑優先方法，選取與設備數量相等的路徑較長的工序優先加工，使產品盡早完成加工；第二，由于相同種類的加工設備可能存在于多個車間，為避免設備空閑等待，可以將多個可調度的同種設備工序同時分配到不同的車間進行加工，使車間負載均衡；同時考慮設備上加工工序的緊前、緊后工序不在同一車間時，會導致工序的遷移，提出多車間工序組調度均衡方法，減少工序的遷移次數并提高多車間并行處理能力。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法；首先將所有葉子節點工序加入備選工序集，根據優先選擇長路徑工序和短用時工序的方法從備選工序集中確定計劃調度工序，判斷計劃調度工序的加工設備種類，查找備選工序集中是否存在與計劃調度工序加工設備相同的工序，由計劃調度工序的同設備工序形成計劃調度工序集合。

通過同種設備工序長路徑優先方法確定實際調度工序集合，選取與設備數量相等的路徑較長的工序優先加工，使產品盡早完成加工。

按照多車間工序組調度均衡方法將實際調度工序集中的工序分配到合適的加工車間，由于相同種類的加工設備可能存在于多個車間，為避免設備空閑等待，將多個可調度的同種設備工序同時分配到不同的車間進行加工，使車間負載均衡，提高車間并行性和均衡性；同時控制工序的緊前、緊后工序在同一車間加工，減少工序的遷移次數。

上述的目的通過以下的技術方案實現：

一種考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，該方法主要包括如下步驟：首先將所有葉子節點工序加入備選工序集，根據優先選擇長路徑工序和短用時工序的方法從備選工序集中確定計劃調度工序，由計劃調度工序的同設備工序形成計劃調度工序集合，然后通過同種設備工序長路徑優先方法確定實際調度工序集合，最后按照多車間工序組調度均衡方法將實際調度工序集中的工序分配到合適的加工車間，提高車間并行性和均衡性。

所述的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，所述的調度方法具體實施步驟如下：

步驟1：輸入產品工藝樹的工序信息，包括工序名稱、加工設備以及加工時長；

步驟2：將所有葉子節點工序加入備選工序集；

步驟3：按照長路徑和短用時確定計劃調度工序，比較備選工序集中各工序的路徑長度，選取最長路徑上的工序；若最長路徑工序不唯一，則在長路徑的基礎上選擇加工時長最短的工序，確定此工序為計劃調度工序。

步驟4：判斷計劃調度工序的加工設備種類，查找備選工序集中是否存在其他工序與計劃調度工序的加工設備種類相同，即在備選工序集中找出計劃調度工序的所有同種設備工序；若不存在同種設備工序，則將該計劃調度工序加入計劃調度工序集合；若存在同種設備工序，則將該計劃調度工序和同種設備工序全部加入計劃調度工序集合，所有存在可加工該種類設備的車間形成實際加工車間集合。

步驟5：設計劃調度工序集合中的工序總數為n_s實際加工車間集合車間的總數為m_s，比較n_s與m_s的大小：若n_s≤m_s，則將計劃調度工序集合中的所有工序放入實際調度工序集合，轉到步驟6；若n_s＞m_s，則選取加工時長較大的m_s個工序，將其放入實際調度工序集合，轉到步驟6。

步驟6：將實際調度工序集合中的工序按照路徑長度從大到小排序，選取集合中路徑長度最大的一個工序。

步驟7：判斷該工序是否存在緊前工序，若是，則將其放入緊前工序數量較多的車間，轉到步驟10；若否，則轉到步驟8；

步驟8：判斷該工序的緊后工序是否為特殊設備工序：若是，則將其放入存在特殊設備且使其完工時間較早的車間，轉到步驟10；若否，則轉到步驟9；

步驟9：判斷該工序是否為實際調度工序集合中路徑最短的工序：若是，則轉到步驟11；若否，則選取比該工序路徑較短的下一個工序，轉到步驟7.

步驟10：從實際調度工序集合中刪除該工序，從實際加工車間集合中刪除該車間；

步驟11：將實際調度工序集合中的剩余工序按照路徑長度從大到小排序，并按照首次適應策略依次將工序放入使其完工時間較早的車間。

步驟12：動態更新備選工序集合的工序，判斷備選工序集是否為空，若是，則轉到步驟13；若否，則轉到步驟3。

步驟13：輸出車間產品加工甘特圖，結束。

所述的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，所述的將所有葉子節點工序加入備選工序集，根據優先選擇長路徑工序和短用時工序的方法確定計劃調度工序，即從根節點工序到該節點工序的路徑上各工序加工時間總和最大的工序為長路徑工序，加工時間短的工序為短用時工序，優先選擇長路徑工序和短用時工序作為計劃調度工序。

所述的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，所述的由計劃調度工序的同設備工序形成計劃調度工序集合，即判斷計劃調度工序的加工設備種類，查找備選工序集中是否存在與計劃調度工序加工設備相同的工序：若沒有，則直接確定計劃調度工序為實際調度工序，將其加入實際調度工序集合；若有，則將其與計劃調度工序共同形成計劃調度工序集合。

所述的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，所述的通過同種設備工序長路徑優先方法確定實際調度工序集合，即設計劃調度工序集合中的工序總數為n_s，工序所用的該種加工設備在多個車間的總數為m_s，將n_s個工序的路徑長度降序排序，選取與設備數量相等的路徑較長的工序，將其放入實際調度工序集合。

所述的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，所述的按照多車間工序組調度均衡方法將實際調度工序集中的工序分配到合適的加工車間，優先考慮將工序放入使遷移次數較少的車間進行加工，同時為避免設備空閑等待，將多個可調度的同種設備工序同時分配到不同的車間進行加工，使車間負載均衡，提高車間并行性和均衡性。

有益效果：

1. 本發明通過對考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度問題分析，采用同種設備工序長路徑優先調度的策略，如果工序數量大于設備數量，會出現同設備工序串行加工，某可調度工序優先加工導致其他同設備可調度工序的實際開始時間后移，影響產品的總體加工完成時間，因此在同種設備工序數量大于該種設備數量時，優先選擇與設備數量相等的較長路徑上的工序，縮短產品的實際完成加工時間，提高了車間設備利用率。

本發明提出多車間工序組均衡調度策略，考慮到由于相同種類的加工設備可能存在于多個車間，為避免設備空閑等待，可以將多個可調度的同種設備工序同時分配到不同的車間進行加工，使車間負載均衡；同時考慮設備上加工工序的緊前、緊后工序不在同一車間時，會出現工序遷移的情況，采用該策略可以減少工序的遷移次數并提高多車間并行處理能力。

附圖說明：

附圖1是本發明的同種設備工序長路徑優先調度流程圖。

附圖2是本發明的多車間工序組均衡調度流程圖。

附圖3是本發明的產品加工調度流程圖。

附圖4是本發明的資源對稱的二車間產品加工工藝樹圖例。

附圖5是本發明針對附圖4所示工藝樹的調度結果甘特圖。

附圖6是現有技術針對附圖4所示工藝樹的調度結果甘特圖。

附圖7是本發明的資源非對稱的三車間產品加工工藝樹圖例。

附圖8是本發明針對附圖7所示工藝樹的調度結果甘特圖。

具體實施方式：

實施例1：

一種考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，其特征是:該方法主要包括如下步驟：首先將所有葉子節點工序加入備選工序集，根據優先選擇長路徑工序和短用時工序的方法從備選工序集中確定計劃調度工序，由計劃調度工序的同設備工序形成計劃調度工序集合，然后通過同種設備工序長路徑優先方法確定實際調度工序集合，最后按照多車間工序組調度均衡方法將實際調度工序集中的工序分配到合適的加工車間，提高車間并行性和均衡性。

實施例2：

上述的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，所述的調度方法具體實施步驟如下：

步驟1：輸入產品工藝樹的工序信息，包括工序名稱、加工設備以及加工時長；

步驟2：將所有葉子節點工序加入備選工序集；

步驟3：按照長路徑和短用時確定計劃調度工序，比較備選工序集中各工序的路徑長度，選取最長路徑上的工序；若最長路徑工序不唯一，則在長路徑的基礎上選擇加工時長最短的工序，確定此工序為計劃調度工序。

步驟4：判斷計劃調度工序的加工設備種類，查找備選工序集中是否存在其他工序與計劃調度工序的加工設備種類相同，即在備選工序集中找出計劃調度工序的所有同種設備工序；若不存在同種設備工序，則將該計劃調度工序加入計劃調度工序集合；若存在同種設備工序，則將該計劃調度工序和同種設備工序全部加入計劃調度工序集合，所有存在可加工該種類設備的車間形成實際加工車間集合。

步驟5：設計劃調度工序集合中的工序總數為n_s實際加工車間集合車間的總數為m_s，比較n_s與m_s的大小：若n_s≤m_s，則將計劃調度工序集合中的所有工序放入實際調度工序集合，轉到步驟6；若n_s＞m_s，則選取加工時長較大的m_s個工序，將其放入實際調度工序集合，轉到步驟6。

步驟6：將實際調度工序集合中的工序按照路徑長度從大到小排序，選取集合中路徑長度最大的一個工序。

步驟7：判斷該工序是否存在緊前工序，若是，則將其放入緊前工序數量較多的車間，轉到步驟10；若否，則轉到步驟8。

步驟8：判斷該工序的緊后工序是否為特殊設備工序：若是，則將其放入存在特殊設備且使其完工時間較早的車間，轉到步驟10；若否，則轉到步驟9。

步驟9：判斷該工序是否為實際調度工序集合中路徑最短的工序：若是，則轉到步驟11；若否，則選取比該工序路徑較短的下一個工序，轉到步驟7。

步驟10：從實際調度工序集合中刪除該工序，從實際加工車間集合中刪除該車間。

步驟11：將實際調度工序集合中的剩余工序按照路徑長度從大到小排序，并按照首次適應策略依次將工序放入使其完工時間較早的車間。

步驟12：動態更新備選工序集合的工序，判斷備選工序集是否為空，若是，則轉到步驟13；若否，則轉到步驟3。

步驟13：輸出車間產品加工甘特圖，結束。

實施例3：

所述的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，所述的將所有葉子節點工序加入備選工序集，根據優先選擇長路徑工序和短用時工序的方法確定計劃調度工序，即從根節點工序到該節點工序的路徑上各工序加工時間總和最大的工序為長路徑工序，加工時間短的工序為短用時工序，優先選擇長路徑工序和短用時工序作為計劃調度工序。

所述的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，所述的由計劃調度工序的同設備工序形成計劃調度工序集合，即判斷計劃調度工序的加工設備種類，查找備選工序集中是否存在與計劃調度工序加工設備相同的工序：若沒有，則直接確定計劃調度工序為實際調度工序，將其加入實際調度工序集合；若有，則將其與計劃調度工序共同形成計劃調度工序集合。

所述的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，所述的通過同種設備工序長路徑優先方法確定實際調度工序集合，即設計劃調度工序集合中的工序總數為n_s，工序所用的該種加工設備在多個車間的總數為m_s，將n_s個工序的路徑長度降序排序，選取與設備數量相等的路徑較長的工序，將其放入實際調度工序集合。

所述的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，所述的按照多車間工序組調度均衡方法將實際調度工序集中的工序分配到合適的加工車間，優先考慮將工序放入使遷移次數較少的車間進行加工，同時為避免設備空閑等待，將多個可調度的同種設備工序同時分配到不同的車間進行加工，使車間負載均衡，提高車間并行性和均衡性。

實施例4：

上述的通過同種設備工序長路徑優先方法確定實際調度工序集合，基于同種設備工序長路徑優先調度模塊，如附圖1所示：

即判斷計劃調度工序的加工設備種類，查找備選工序集中是否存在與計劃調度工序加工設備相同的工序：若沒有，則直接確定計劃調度工序為實際調度工序，將其加入實際調度工序集合；若有，則將其與計劃調度工序共同形成計劃調度工序集合；設計劃調度工序集合中的工序總數為n_s，工序所用的該種加工設備在多個車間的總數為m_s，比較n_s與m_s的大小：若n_s≤m_s，則將計劃調度工序集合中的所有工序放入實際調度工序集合；若n_s＞m_s，則將n_s個工序的路徑長度降序排序，選取路徑長度較大的m_s個工序，將其放入實際調度工序集合。

實施例5：

上述的按照多車間工序組調度均衡方法將實際調度工序集中的工序分配到合適的加工車間，基于多車間工序組調度均衡調度模塊，如附圖2所示：

即把實際調度工序集合中的工序按照路徑長到短依次進行調度，優先考慮將工序放入使遷移次數較少的車間進行加工：判斷實際調度工序是否存在緊前工序，若存在緊前工序，則將其放入其緊前工序所在車間，若有多個緊前工序，則將其放入緊前工序個數較多的車間；若無緊前工序，則判斷其緊后工序是否為特殊設備工序，若是，則將其放入特殊設備工序所在車間；若其緊后工序不是特殊設備工序，則考慮將其放入可以使其盡早開始加工的車間，即通過首次適應策略選擇工序的加工車間；如果工序在所有車間的開始加工時間相同，則將該工序放入使車間負載均衡的車間；當一個工序放入一個車間進行加工后，該車間不在加工該集合中其他同種設備工序，一個工序分配車間之后即從集合刪除，直到集合為空。

實施例6：

上述的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，如附圖4所示，即為一個復雜單件產品A的加工工藝樹圖例，圖中產品A由30個工序組成，所有工序分別在4臺設備上加工，每個工序有不同的屬性信息，圖中矩形框內符號含義為：產品的工序名/加工設備名/工序加工時長。

以下將結合附圖4中的產品加工工藝樹圖例來對本方法的具體執行流程進行說明。

實施例7：

上述的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，下面將用本調度方法針對附圖4中的產品A加工工藝樹圖例執行調度；因為對稱二車間是非對稱多車間的特殊情況，因此本調度方法對資源對稱的二車間調度問題適用。

首先將所有葉子節點工序加入備選工序集，比較備選工序集中工序的路徑長度確定計劃調度工序，初始時本實例中備選工序集中工序路徑長度為（A29：18，A28：17，A27：12，A26：13，A25：11，A24：12，A21：13，A17：14，A16：12，A15：15，A14：18，A12：14，A11：9，A4：7），根據長路徑策略選取路徑最長的工序有A29、A14，根據短用時策略確定A29為計劃調度工序；A29的加工設備為M3，備選工序集中與A29同設備的工序有A27、A15、A12，將A29、A27、A15和A12加入計劃調度工序集合，集合中工序數量為4，二車間的設備資源為對稱的，M3數量為2，同種設備工序數大于該種加工設備數，按照同種設備工序長路徑優先策略，比較工序的路徑長度（A29：18，A27：12，A15：15，A12：14），選擇A29和A15加入實際調度工序集合，然后分別放入車間一和車間二進行加工，從備選工序集合中刪除工序A29和A15。

按照附圖3所示流程，采用本調度方法對針對附圖4所示產品A工藝樹進行調度，直至所有工序加工完成，調度結果甘特圖如附圖5所示。

實施例8：

上述的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，實例對比：

下面將本發明調度方法與現有的較為優秀的解決資源對稱的二車間調度問題的方法進行實例對比。

附圖6為采用現有的較為優秀的解決資源對稱的二車間調度問題的方法針對附圖4所示的產品加工工藝樹圖例進行調度的結果甘特圖，通過對比附圖5和附圖6可以看出，采用本文提出的方法產品加工完成時間是22工時，車間一的加工完成時間為22工時，車間二的加工完成時間為19工時，工序遷移總次數為6次；采用現有的較為優秀的調度方法的產品加工完成時間是29工時，車間一的加工完成時間為24工時，車間二的加工完成時間為29工時，工序遷移總次數為12次。

采用現有的較為優秀的調度方法為使設備總加工時間均衡而將葉子節點工序成批次同時開始加工，增加了設備空間等待時間，導致產品完工時間延遲，同時未考慮父節點對工序遷移次數的影響，從而導致工序遷移次數較多；本發明提出的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，充分利用多車間的設備資源，考慮到工序的加工設備可能存在于多個車間，可以讓計劃調度工序的同種設備工序并行加工，避免同種設備工序串行加工導致的產品完工時間推延，縮短了產品完工時間并且提高了車間設備的利用率；采用多車間工序組均衡調度策略進行工序車間分配時，充分考慮工序緊前、緊后約束關系，減少了工序的遷移次數。

因此，本發明提出的調度方法是對現有的解決資源對稱的二車間調度問題方法的優化。

實施例9：

上述的考慮同種設備工序的非對稱多車間綜合調度方法，下面將用本調度方法針對附圖7中的產品B加工工藝樹圖例執行調度，從而進一步說明本發明所提方法的優越性。

將產品B在資源設備非對稱的三車間進行調度，車間一的加工設備有{M1，M2，M3，M4}，車間二的加工設備有{M1，M2，M4}，車間三的加工設備有{M1，M3，M4}；按照本發明所提方法對產品B進行調度。

例如，初始時，根據長路徑策略選取路徑最長的工序有B22，B21，B20和B15，根據短用時策略確定B22為計劃調度工序，B22的加工設備為M1，備選工序集中與B22同設備的工序有B18和B9，將B22，B18和B9加入計劃調度工序集合，集合中工序數量為3，三個車間的設備M1數量為3，同種設備工序數量等于該種加工設備數量，直接將其加入實際調度工序集合，實際調度工序集合為（B22，B18，B9），工序B22、B18和B9沒有緊前工序，B18和B22的緊后工序在特殊設備M3加工，M3存在于車間一和車間二，所以將B22放入車間一，B18放入車間三，B9放入車間二進行加工，從集合中刪除已加工的工序。

根據本發明所提方法調度產品B直到所有工序加工完成，調度結果甘特圖如附圖8所示。

由附圖8可知，產品B的總體加工完成時間為14工時，車間一加工完成時間為 14工時，車間二加工完成時間為12工時，車間三加工完成時間為11工時；當調度工序B17時，由于B17和其緊前工序不在同一車間，產生1次工序遷移，當調度B1時產生3次工序遷移，所以工序遷移總次數為4次。

本發明所提方法對于解決單件復雜產品在非對稱多車間的加工問題有較好的效果，本方法不針對某種具有特殊結構的產品，具有普遍適用意義，同種設備工序長路徑優先策略可以提高設備的并行性，縮短產品加工完成時間；多車間工序組調度均衡策略可以減少工序的遷移次數，使車間負載平衡。

因此，本發明提出的調度技術是對目前資源非對稱的多車間綜合調度技術的優化。