改进GSO算法的成套订单调度和维修联合优化.pdf
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1、第 卷 第 期太原科技大学学报.年 月 .文章编号:()收稿日期:基金项目:国家自然科学基金()山西省自然科学基金()太原科技大学博士启动资金项目()作者简介:杨晓梅()女教授主要研究方向为复杂系统智能运维和健康管理改进 算法的成套订单调度和维修联合优化杨晓梅张宇琼李文汇官 开(.山西省人文社科重点基地:装备制造业创新发展研究中心太原.太原科技大学 经济与管理学院太原)摘 要:基于对生产调度和设备维修间相关关系的分析设计了成套订单调度和设备维修的联合策略 该策略根据故障率的大小来判定对应的设备维修活动或后续的调度任务根据该策略以加工作业顺序和预防性维修阈值为决策变量加权成套订单数最大为优化目标
2、构建了联合决策模型 利用对调度问题特点和设备故障机理的分析设计了一个改进的萤火虫算法将其运用于求解所提出的联合决策模型并通过数值实验和灵敏度分析验证了改进算法的可行性和模型的有效性关键词:成套订单调度预防性维修萤火虫优化算法()中图分类号:文献标识码:./.随着市场竞争的激烈化和客户需求的个性化如何有效匹配客户的不同需求和生产资源成为大多数企业所关注的问题 为了提高客户满意度企业需要针对不同客户的订单需求合理安排调度方案以期按产品交货期要求进行交货 作为一个典型的生产调度问题成套订单调度问题是针对客户的不同需求研究如何充分利用有限的生产资源安排客户订单的生产任务从而制定出一个满足不同客户需求的
3、调度方案 在实际生产过程中随着运行时间的增加设备会逐渐劣化直至故障一旦故障会带来昂贵的故障维修费用和停机损失虽然对设备进行预防性维修可以提高其可靠性但维修期间会占用原调度方案的生产时长这就会直接影响到正常的生产 因此有必要设计成套订单调度和设备维修的联合优化方法从而指导企业制定合理的调度方案和维修决策与传统调度问题相比成套订单调度问题增加了对不同客户订单交货期的约束条件其求解难度更为复杂 针对这一问题学者们从调度模型的构建、求解方法的设计等方面展开了研究 如周水银提出针对单机的成套订单调度问题以加权成套订单数最大为目标函数建立了 整数规划模型利用遗传算法对该模型进行了求解 等考虑到对于单台设备
4、而言加工不同类型的工件时机器需要进行调整构建了基于调整时间的成套订单调度模型并设计了混合萤火虫算法对该模型进行了求解 徐震浩以加权成套订单数最大为目标研究柔性作业车间的成套订单调度问题 贾叶玲针对混合流水车间的成套订单调度问题提出启发式遗传算法进行求解这些研究虽然丰富了生产调度的理论研究成果但是并没有考虑到设备的维修活动对调度方案的影响 近年来部分学者考虑到生产调度和维修间的相关性展开了生产调度与设备维修的集成研究如 提出单机生产环境下生产调度和维修计划的联合优化模型 针对单机系统进行预测维修和生产调度的集成研究 针对劣化的生产系统建立预防性维修与生产调度集成优化模型 但是上述研究中大多针对的
5、是单机调度环境下的维修策略并没有考虑到客户订单的需求 作为一个智能优化算法萤火虫算法因其计算速度快、易于实现近年来开始被学者们应用于生产调度领域 如夏俊红提出一种改进的 算法求解柔性作业车间/调度问题 张丽红提出一种 算法求解置换流水线调度问题 本文拟针对单机生产系统构建成套订单调度和设备维修的联合优化模型并结合成套订单调度的特点和设备的故障机理设计一个改进的萤火虫算法对该模型进行求解 成套订单调度和设备维修的集成策略.问题描述 个工件在一台机器上加工加工任务来自于 个客户的订单每个订单包含多个工件 按工艺类别可将所有工件分为 个工艺组属于不同工艺组的两个工件在加工时机器需要调整 已知所有工件
6、的加工时间和交货期所有工件在 时刻均已到达如果某一工件的完工时间不晚于交货期那么该工件按期完成如果该订单内所有工件均在各自交货期内完工该订单成套完成为了降低设备的故障率需要对设备进行维修来改善其性能确保生产活动连续进行 在对设备进行调整时根据设备故障率的大小来判定是否对设备进行维修如果设备故障率超过预防性维修阈值则停机进行预防性维修设备维修后恢复如新进行下一道工序生产如果设备故障率没有达到预防性维修阈值无需采取维修活动系统继续生产以 个客户订单对应的 个工件的加工任务为例这 个工件按工艺类别分为 个工艺组 已知各工件的相关加工信息(如表 所示)、每个工艺组对应的机器调整时间(如表 所示)和每个
7、订单的权重(如表 所示)假设调度序列为 当第三次调整时机器的故障率达到预防性维修阈值需要进行预防性维修活动维修时间为 对应的成套订单调度和设备维修的集成策略的甘特图如图 所示其中工件、均按时完工由于一个订单中所有工件都在其交货期内完工意味着该订单任务已经完成根据表 中的工件数据可知工件、仅仅对应订单、中一个工件的加工任务只有工件、对应订单 的全部加工任务这就说明订单 已成套完成能够满足该订单对应客户的需求 此时只有订单 成套完成且订单 的权重为.则加权成套订单数为.表 工件数据.工件号订单号工艺组加工时间交货期表 工艺组对应调整时间数据.工艺组机器调整时间.表 订单权重数据.订单号权重.444
8、1.图 成套订单调度和设备维修集成的甘特图.假设条件()机器每次只能加工一个工件且一个工件只需在机器上加工一次工件加工过程不可中断()假设设备发生一般故障的时间服从形状参数 的 分布故障率函数().()设备进行预防性维修需要停机预防性维修后设备恢复如新()忽略维修活动后机器的准备时间()设备的性能在初始时刻处于全新状态在使用过程中其性能会发生连续退化 联合决策模型的构建.符号定义构建模型所对应的符号定义如下所示:太原科技大学学报 年 工件总数 订单总数 预防性维修阈值 预防性维修时间 工件 是否被安排在第 个位置加工 工件 的加工时间 工件 的交货期 订单 中所有工件的加工位置构成的集合 订单
9、 的权重 订单 包含工件个数 排在第 位进行加工的工件的加工时间 排在第 位进行加工的工件的完工时间 排在第 位被加工的工件加工前机器需要的调整时间安排在第 位进行加工的工件所属的工艺组()工艺组 对应的机器调整时间 排在第 位进行加工的工件的交货期 排在第 位进行加工的工件是否按时完工 订单 是否成套完成 排在第 位进行加工的工件加工前设备是否进行了 排在第 位进行加工的工件加工前设备的故障率排在第 位进行加工的工件加工后设备的役龄排在第 位进行加工的工件加工前设备的役龄.联合决策模型根据所设计的集成策略本文以加权成套订单数最大为目标构建如下模型:.().()()()否则()()()()()
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