一种基于虚拟线性生产工艺多目标优化调度方法

1.本发明涉及一种基于虚拟线性生产工艺多目标优化调度方法，属于智能计算与调度优化领域。


背景技术：

2.随着工业互联网的飞速发展，消费者对于新产品的需求量与日俱增，同时产品的制造由传统的线性工艺粗加工逐渐向现代的复杂非线性细加工转变,具有制造过程更具复杂性、多变性和高效性等特点，若能及时有效的处理各种必动态信息,使得生产质量、生产成本和生产质量保持动态平衡，必将优化产品的生产和加工方式，提高产品的生产质量和降低生产成本。
3.将工作流技术应用在线性生产工艺的多目标优化调度，提出了基于线性工作流的多目标优化调度算法,该算法将生产工艺划分成不同的工作分段,根据每个分段的生产特点对其进行局部优化,通过选取线性最优解对整体实现优化,从而实现多目标调度的目的，实现约束条件下准确率的提高或者成本的降低。
4.近些年，国内外学者对生产工艺在时间质量或时间成本等二元目标的优化调度不断深入。然而，影响生产工艺因素众多,尤其是某些工艺具有非线性特点,对于非线性工艺进行多目标的优化调度，现有的优化算法无法实现这一目标，另一个重要原因,非线性生产工艺在实际的生产过程中是非常常见的,企业急需对此类工艺进行优化。


技术实现要素：

5.为实现上述目的，本发明提出一种基于虚拟线性生产工艺多目标优化调度方法，包括以下步骤：(1)通过生产工艺的偏序关系建立三层虚拟工作流决策模型；(2)根据虚拟技术对非线性生产结点进行虚拟化处理，根据所提出虚拟线性生产工艺模型优化规则计算每层生产结点pi的活动候选区；(3)通过虚拟线性生产工艺三层工作流调度建模算法对结点集进行处理，将生产集合re、映射集合map、虚拟工作流模型vm和虚拟工作流图vgm进行组合形成三层虚拟工作流t-vgm并输出；(4)在满足条件限制v的条件下由后向前将模型分层处理，利用t-ovmg算法判断是否存在错误路径，经过处理后采用正向调度对整个三层工作流模型进行多目标优化，确定并输出最优调度途径。
6.所述步骤(1)具体为：(1.1)分析各个生产工艺集合组合成工艺结点p，扫描各工艺结点的状态生成迁移结点t，同时将各个检测结果汇总成集合cp；(1.2)分析工艺结点p和迁移结点集t，将cpi(cpi∈cp，i＝1,2
…
k)插入到工作流模型中，形成新的偏序关系，并计算活动区域ovsd；
(1.3)从工艺结点b0对工位结点集p进行遍历，将集合中出入度不为1的工艺结点插入至队列中,其中反馈前置结构中各工艺结点不入队；(1.4)查找队列中排在第一个出度不为1的结点pj,将其最近的入度工艺结点pi,重构结点pi流经结点pj之间的所有工艺结点标注为虚拟工艺结点pi′
＝p
[i,j]
或pi′
＝p
[i-j]
,形成虚拟工艺结点集p
′
，同时将迁移结点重构为虚拟迁移结点组合成虚拟迁移结点集t
′
。
[0007]
所述步骤(2)具体为：(2.1)生产活动加工候选域规则。生产活动加工域候选区可由三元组ovsdi[strti,endti]表示；(2.2)其中：工作流图vg的工位结点pi的活动域识别，工艺结点活动域是指该结点可选择最优加工过程的时间范围域,可定义为ovsdi[strti,endti],其中:strti为生产结点pi可选加工过程的最早开始时间；endti为生产结点pi可选加工过程的最迟开始时间；由公式1进行计算：(2.3)生产参数约束识别规则。虚拟工作流图vg中,令a
hq
、a
cq
和a
wq
为工作流图进行到结点nq时的累积生产时间、累积生产费用和累积生产质量，因此各节点ni的累积生产参数将按照公式2进行识别和计算：(2.4)其中：vh、vc和vw分别为条件限制矢量v的工期限制分量、成本限制分量和质量限制分量，需要满足条件限制工艺生产才能继续进行。
[0008]
所属步骤(3)具体为：(3.1)判断是否存在问题途径,若不存在则进行虚拟重构并更新模型vm，若存在问题路径，删除该歧路径所包含的结点和虚拟迁移结点并恢复至原结点集；(3.2)遍历模型vm,统计相邻结点pi至pj(pi≠pj)的全部途径,将其建立有向边e
jk
，重复操作形成虚拟工作流图vg；(3.3)将生产资源集合、映射集合、虚拟工作流模型vm和虚拟工作流图vgm进行组合形成虚拟工作流t-vmg，将其输出。
[0009]
所属步骤(4)具体为：(4.1)将生产工艺结点和算法t-ovmg相融合建立虚拟线性三层工作流t-vmg；(4.2)将工作流图vg由后向前分层，结合条件限制v并利用公式1计算每个结点的生产活动域ovsdi[strti,endti]；
ovmg后,在限制条件v的约束下将表中的数据代入，形成最优的虚拟调度途径vr。设条件限制v
(t,w,c)
为:v
t
＝110天，vw＝0.97*100％，vc＝19万元，结点相关的时间、质量和费用如表2所示。表2各生产结点服务的时间、质量和费用步骤4：某公司的生产车间生产工艺划分为不同的生产结点，通过算法t-vmg进行建模，形成非线性生产工艺模型t-vmg，同时利用三层非线性虚拟工作流t-ovmg优化算法进行优化，在限制条件v的约束下将表4至表6中数据输入，形成优化后的三层非线性虚拟工作流t-ovmg及优化路径vr，其具体优化调度过程示意图如图4所示，模型t-vmg被算法t-ovmg处理后,各工位结点的虚拟重构归约优化过程如图5所示。据此，该公司生产可利用虚拟技术结合三层虚拟工作流模型处理非线性生产工艺的加工和制造，可以简化非线性制造的工艺流程，提高生产质量和降低生产成本，实现多目标的优化调度。
[0016]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例的技术方案也可以经适当的组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。


技术特征：
1.一种基于虚拟线性生产工艺多目标优化调度方法，所述方法具体步骤如下：(1)通过生产工艺的偏序关系建立三层虚拟工作流决策模型。(2)根据虚拟技术对非线性生产结点进行虚拟化处理，根据所提出虚拟线性生产工艺模型优化规则计算每层生产结点p
i
的活动候选区；(3)通过虚拟线性生产工艺三层工作流调度建模算法对结点集进行处理，将生产集合re、映射集合map、虚拟工作流模型vm和虚拟工作流图vgm进行组合形成三层虚拟工作流t-vmg并输出。(4)在满足条件限制v的条件下由后向前将模型分层处理，利用t-ovmg算法判断是否存在错误路径，经过处理后采用正向调度对整个三层工作流模型进行多目标优化，确定并输出最优调度途径。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟线性生产工艺多目标优化调度方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：分析生产结点集p，形成迁移结点集t，将工艺中各检测数据汇总形成检测结点集cp，形成三层虚拟工作流的决策模型。3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟线性生产工艺多目标优化调度方法，其特征在于：所述步骤(2)具体为：通过虚拟技术对非线性生产结点进行虚拟化处理，根据虚拟线性生产工艺模型优化规则，生成工作流图vgm的工位结点pi的候选区、加工域候选区以及工作流图vgm的虚拟歧途径。4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟线性生产工艺多目标优化调度方法，其特征在于：所述步骤(3)具体为：虚拟线性生产工艺工作流的优化过程采用逆向串归约的分层策略，该优化方法对时间、质量和成本等多目标进行优化处理，即在限制条件v内，利用虚拟线性生产工艺工作流调度建模算法对结点集进行处理，将生产集合、映射集合、虚拟工作流模型vm和虚拟工作流图vgm进行组合形成三层虚拟工作流t-vmg并输出。5.根据权利要求4所述的一种基于虚拟线性生产工艺多目标优化调度方法，其特征在于：所述步骤(4)具体为：在满足限制条件v由后向前将模型t-vmg分层，全面处理模型t-vmg，形成三层虚拟工作流优化算法t-ovmg，如果工艺结点不存在错误途径，则使用逆向串规约计算各结点的质量和成本，如果工艺结点在错误途径中，则处理后利用公式串行计算质量和成本，最终确定最优优化调度路径v
r
并将其输出。

技术总结
一种基于虚拟线性生产工艺多目标优化调度方法。本发明针对如何优化非线性生产工艺提出了虚拟线性工作流模型优化算法。该算法首先根据制造工艺的偏序关系建立三层同构工作流决策模型，该模型和算法首先建立非线性工作流,采用虚拟技术寻找虚拟结点并对其进行处理,将其改造为虚拟线性工作流；其次结合生产方式的技术特点对模型进行分段,采用逆向分层串归约来求得片段的最优解。对比发现，该算法比传统的单一目标优化优化调度算法具有显著的优化效果,其优化性能及可操作性也能满足生产需求。因此，本发明具有一定的可行性和有效性。性。性。


技术研发人员：谭善鑫 许海峰 刘心彤
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2022.04.29
技术公布日：2022/8/8