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1、車間調(diào)度問(wèn)題是制造系統(tǒng)理論研究的基礎(chǔ)問(wèn)題之一,主要討論在有限的制造資源條件下將工件合理地分配到各個(gè)制造資源,并在滿足加工約束的前提下使得一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。隨著社會(huì)需求快速變化,產(chǎn)品生產(chǎn)周期不斷縮短,制造業(yè)正向著多品種,小批量的方向發(fā)展,柔性已成為生產(chǎn)制造過(guò)程所追求的重要特性之一。柔性Job Shop調(diào)度問(wèn)題(Flexible Job Shop Problem,F(xiàn)JSSP)由于具有加工路徑柔性的特點(diǎn),與傳統(tǒng)的Job Shop相比更符
2、合實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境和要求,因而成為車間調(diào)度的一個(gè)重要的研究方向。
在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中,往往存在許多不確定因素,機(jī)器故障就是常見(jiàn)的典型不確定因素,它不僅會(huì)導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果和計(jì)劃產(chǎn)生重大偏差,而且可能打亂諸如物料配送等相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié),對(duì)生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)重大影響。因此,研究機(jī)器故障下的柔性Job Shop調(diào)度對(duì)提高生產(chǎn)過(guò)程的管理和控制水平具有重要的理論和實(shí)際意義。
對(duì)機(jī)器故障條件下的柔性 Job Shop的調(diào)度,其目標(biāo)是盡可能降低實(shí)
3、際調(diào)度和調(diào)度計(jì)劃的偏差,從而保證產(chǎn)品按時(shí)交付。魯棒性和穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)機(jī)器故障下柔性Job Shop調(diào)度的兩個(gè)重要指標(biāo),和控制理論中的魯棒性和穩(wěn)定性不同,它們分別反映了整體的實(shí)際調(diào)度結(jié)果和計(jì)劃的偏差以及每個(gè)工序?qū)嶋H完成時(shí)間和計(jì)劃完成時(shí)間的偏差。因此機(jī)器故障下的柔性Job Shop調(diào)度目標(biāo)就是努力提高調(diào)度的魯棒性和穩(wěn)定性。
本文針對(duì)機(jī)器故障這一典型不確定因素,以提高調(diào)度的魯棒性和穩(wěn)定性為研究目標(biāo)來(lái)研究機(jī)器故障下柔性Job Shop調(diào)
4、度問(wèn)題。研究工作主要從兩個(gè)方面展開(kāi):一是研究多種策略組合下的預(yù)調(diào)度和重調(diào)度方法,二是研究機(jī)器故障下重調(diào)度的博弈模型和策略。首先,針對(duì)單一策略下得到的調(diào)度策略在魯棒性和穩(wěn)定性方面的不足,將多種調(diào)度策略引入到預(yù)調(diào)度和重調(diào)度過(guò)程中。其次,從魯棒性和穩(wěn)定性之間的均衡出發(fā),研究了基于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)博弈理論的調(diào)度模型和調(diào)度算法以尋找Nash均衡解。再次,針對(duì)基于工序完成時(shí)間不能完全反映調(diào)度的穩(wěn)定性,研究并提出新的穩(wěn)定性指標(biāo)。最后,針對(duì)3個(gè)或以上的優(yōu)化目
5、標(biāo),研究了基于 Pareto機(jī)制的人工免疫算法尋找Nash均衡。具體的研究?jī)?nèi)容如下:
?。?)針對(duì)單一調(diào)度策略不能較好地保障機(jī)器故障下調(diào)度的魯棒性和穩(wěn)定性,提出了基于機(jī)器故障概率的預(yù)調(diào)度策略和右移及更改加工路徑的混合重調(diào)度策略。
首先假設(shè)在機(jī)器故障概率為已知的條件下,根據(jù)機(jī)器故障的概率在生成的預(yù)調(diào)度中插入適當(dāng)數(shù)量的空閑時(shí)間。其次在機(jī)器發(fā)生故障時(shí)采用右移和變換加工路徑調(diào)度策略,盡可能保證調(diào)度的魯棒性和穩(wěn)定性,最后給出了基
6、于二叉樹的右移調(diào)度算法和右移與變換加工路徑相結(jié)合的調(diào)度算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,和單一的右移策略以及完全重調(diào)度相比,本文所提出的策略能夠得到較好的魯棒性和穩(wěn)定性。
(2)考慮到魯棒性和穩(wěn)定性之間的均衡性存在博弈關(guān)系,建立了基于靜態(tài)博弈的重調(diào)度模型,并給出尋找Nash均衡解的算法;考慮到可能存在多個(gè)Nash均衡和不存在Nash均衡情況,提出了尋找近似Nash均衡的方法;針對(duì)受影響工序超過(guò)2個(gè)的情況,提出多階段博弈的調(diào)度算法。
7、 由于調(diào)度的魯棒性和穩(wěn)定性指標(biāo)可以看成具有決策能力的實(shí)體,兩者為保持各自的最優(yōu)性能的決策過(guò)程可以看成是博弈的過(guò)程,因此運(yùn)用靜態(tài)博弈的相關(guān)理論與方法,建立了機(jī)器故障下重調(diào)度的靜態(tài)博弈模型。由于博弈雙方采用純策略,針對(duì)可能出現(xiàn)無(wú)Nash均衡解或著多個(gè)Nash均衡解的情況,提出了尋找近似Nash均衡解的方法;對(duì)于受影響工序超過(guò)兩個(gè)時(shí)策略空間的急劇膨脹的情況,提出了多階段博弈的思想。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用靜態(tài)博弈模型能夠提高調(diào)度的魯棒性和穩(wěn)定性。<
8、br> ?。?)從博弈過(guò)程中決策有先后順序的角度出發(fā),運(yùn)用動(dòng)態(tài)博弈理論,建立了機(jī)器故障下動(dòng)態(tài)博弈的重調(diào)度模型,給出了求解子博弈完美Nash均衡的算法。
在靜態(tài)博弈的基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮博弈雙方?jīng)Q策的先后順序,建立基于動(dòng)態(tài)博弈的重調(diào)度模型。為求解子博弈完美Nash均衡,給出基于博弈樹的求解子博弈完美Nash均衡的算法。在生產(chǎn)過(guò)程后期發(fā)生機(jī)器故障時(shí),采用該模型能夠得到較好的魯棒性和穩(wěn)定性。
?。?)針對(duì)基于工件加工完成時(shí)間的穩(wěn)
9、定性指標(biāo)的不足,提出了基于工序的加工機(jī)器分配的穩(wěn)定性指標(biāo)。
基于工序完成時(shí)間的穩(wěn)定性指標(biāo)不能完全反映調(diào)度的穩(wěn)定性,論文從資源分配的角度出發(fā),在已有穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上定義了基于工序的機(jī)器分配的穩(wěn)定性指標(biāo),增加該指標(biāo)能更加全面反映調(diào)度的穩(wěn)定性。
(5)針對(duì)兩個(gè)以上的調(diào)度目標(biāo),上述尋找Nash均衡的方法不再適用,論文提出了將Nash均衡和Pareto最優(yōu)相結(jié)合的改進(jìn)的人工免疫克隆算法。
機(jī)器故障下對(duì)重調(diào)度的魯棒性和穩(wěn)
10、定性進(jìn)行優(yōu)化可歸結(jié)為多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。當(dāng)調(diào)度目標(biāo)多于兩個(gè)時(shí),本文將Nash均衡和Pareto機(jī)制引入到人工免疫克隆算法之中,并運(yùn)用該算法尋找Nash均衡解。仿真結(jié)果表明,對(duì)于三個(gè)目標(biāo)的調(diào)度問(wèn)題,本文提出的方法能夠?qū)ふ业捷^好的Nash均衡解。
綜上所述,本文以提高調(diào)度的魯棒性和穩(wěn)定性為目標(biāo),研究了對(duì)機(jī)器故障下的柔性Job Shop的預(yù)調(diào)度和重調(diào)度策略,然后從博弈的角度對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了研究,為求解機(jī)器故障下車間調(diào)度多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題提供了
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