一种生产线工序编排及平衡控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及自动控制与信息技术领域，更具体地说，涉及一种生产线工序编排及 平衡控制方法。
【背景技术】
[0002] 生产线例如服装生产线是由一些操作员、一列工序、一些不同类型的机器W及一 些工作站组成。一条生产线中工作站的数量是由生产线中所利用的机器数量确定的，一般 情况下，一个操作员可W利用一台机器生产多道工序，该种现象称为工序切换。相应地，一 个操作员需要两种不同的机器来生产两道工序，该种现象称之为机器切换。在某些情形下， 机器切换和工序切换可能会同时发生。在生产前工序编排及生产过程中生产线平衡的主要 问题，就是把确切数目的操作员分配到每道工序或者把确切数目的工序分给每个操作员， 从而使得在不违背生产线基本原则的情形下，达到整条生产线最优性能目标。
[0003] 然而，目前的生产线工序编排及生产线平衡控制的任务主要取决于生产管理者或 工业工程师的主观评估和经验，而没有对生产信息和操作员效率等进行科学全面的分析， 使得的性能指标不够优化。尤其在目前的服装行业，服装生产线的工序编排及生产线平衡 控制问题，通常涉及多个性能指标特征，而目前的工序编排方法通常不能使该些性能指标 特征达到一致性和最优化。
[0004] 因此，目前缺乏科学、系统的技术或方法来提供优化的生产线工序编排及生产线 平衡控制的解决方案。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有生产线工序编排及平衡控制方法的性能 指标不够优化的缺陷，提供一种结合差分进化算法和离散事件仿真方法获得最优解的生产 线工序编排及平衡控制方法。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是；构造一种生产线工序编排及平衡控 制方法，包括W下步骤：
[0007]S1、初始化函数步骤；根据生产线参数初始化差分进化算法函数，其中差分进化算 法函数的染色体给定长度为n*ni，ni为操作员数量，n为一个操作员在一个生产订单中所能 拥有的最大工序量；
[000引S2、初始化个体和种群步骤：根据生产线约束条件基于离散数值编码生成由给定 长度n*ni的染色体组成的个体，并根据性能指标函数计算个体的总效用值并利用离散事件 仿真方法来评价其性能指标，W将每个个体放到种群中得到初始种群；
[0009] S3、迭代步骤；利用差分进化算法通过变异、交叉和选择操作反复迭代，得到最优 解作为工序编排及平衡控制最优解；其中在选择操作中根据性能指标总效用函数计算个体 的总效用值并利用离散事件仿真方法来评价其性能指标，W将每个产生的新个体放到种群 中。
[0010] 在根据本发明所述的生产线工序编排及平衡控制方法中，所述步骤S2和步骤S3 中所述根据性能指标总效用函数计算个体的总效用值的步骤通过W下公式计算所述总效 用值化、?-);
[0011] G(句在i处的值定义成：
【主权项】
1. 一种生产线工序编排及平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 51、 初始化函数步骤：根据生产线参数初始化差分进化算法函数，其中差分进化算法函 数的染色体给定长度为n*ni，II 1为操作员数量，η为一个操作员在一个生产订单中所能拥有 的最大工序量； 52、 初始化个体和种群步骤：根据生产线约束条件基于离散数值编码生成由给定长度 η*ηι的染色体组成的个体，并根据性能指标总效用函数计算个体的总效用值并利用离散事 件仿真方法来评价其性能指标，以将每个个体放到种群中得到初始种群； 53、 迭代步骤：利用差分进化算法通过变异、交叉和选择操作反复迭代，得到最优解作 为工序编排及平衡控制最优解；其中在选择操作中根据性能指标总效用函数计算个体的总 效用值并利用离散事件仿真方法来评价其性能指标，以将每个产生的新个体放到种群中。
2. 根据权利要求1所述的生产线工序编排及平衡控制方法，其特征在于，所述步骤S2 和步骤S3中所述根据性能指标总效用函数计算个体的总效用值的步骤通过以下公式计算 所述总效用值G(i):
其中ω1; ω2，…，ωη4分别是取值于[〇, 1]之间仏的〇〇)，％的〇〇)，…，以及
邕通过以下公式获 得的映射〇与1之间的各个性能指标函数的效用值：
其中Pi是性能指标函数fi在解；处的测量值，a，b，c，和u是Ui中的参数；名(?是生 产线中第i个性能指标函数在解i处的值，1彡i彡n4, n4表示性能指标函数的数量； 其中，假设生产线工序编排及平衡控制中的指标函数F(i)是由n4个需要被最小化的 性能指标组成，表达为如下形式：
其中为生产线约束条件的限制函数，m是生产线约束条件的个数。
3. 根据权利要求2所述的生产线工序编排及平衡控制方法，其特征在于，所述步骤S2 将每个个体放到种群以及步骤S3中将每个产生的新个体放到种群中的步骤包括以下具体 步骤以将待分类个体放入种群的P p。部分或者Ps。部分： 1) 根据性能指标总效用函数计算个体的总效用值并利用离散事件仿真方法来评价其 性能指标； 2) 检查待分类个体是否受制于种群的Pp。部分中至少一个点，如果是，将待分类个体放 入种群的Ps。部分并跳到5)，否则继续； 3) 找出种群的Pp。部分中所有受制于待分类个体的个体，如果找到，将所有受制的个体 从种群的Pp。部分移到种群的P s。部分中； 4) 把待分类个体放入种群的pp。部分中，如果种群的pp。部分中个体数比种群一半大， 将具有最小总效用值的个体移到种群的P s。部分中。 5) 把种群的Pp。部分中所有具有最小总效用值的个体移除并终止。
4. 根据权利要求1所述的生产线工序编排及平衡控制方法，其特征在于，所述步骤S3 迭代步骤中变异操作具体为： 基于加法映射和减法映射将变异映射通过离散数值编码形式嵌入到所针对实体的差 分进化算法的染色体中，针对每个个体\e(i = 1，2,. . .，NP)的变异映射定义成如下形式： Vi，G+i = Xri，G+(Xr2，W，A 关 Γ2 关 r3 关 i ; 其中r2和r3是取值于{1，2,…，NP}中的一致随机数；Vi;(；+1是产生的新个体的变异 向量，NP是种群数量。
5. 根据权利要求4所述的生产线工序编排及平衡控制方法，其特征在于，所述步骤S3 迭代步骤中还包括在交叉操作和选择操作之间根据生产线约束条件执行的以下修复操作： 列出没有指派任何操作员的工序生成列表，对于所述列表中每道工序，指派给随机选取的 一名操作员，如果指派给该操作员的工序数量超过最大值，取消该指派，并重新指派给随即 选取的另一名操作员，直至每道工序都被分配完毕。
f
6. 根据权利要求2所述的生产线工序编排及平衡控制方法，其特征在于，所述指标性 能函数包括： 最小化最大无用生产力 其中，为生产过程中操作员Pi完成工序I的件数
Q为生产订单的数量； SATj为工序&的标准工时；ETtu为生产工作Otu的结束时间，O tu为工序&下第i件生产工 作；Ii1表示操作员数量，n2表示工序数量。
7. 根据权利要求2所述的生产线工序编排及平衡控制方法，其特征在于，所述指标性 能函数包括： 最小化分配方案的复杂佐 其中，Ii1表示操作员数量，n2表示工序数量，NSi为分配给操作员P i的工序数量。
8. 根据权利要求2所述的生产线工序编排及平衡控制方法，其特征在于，所述指标性 能函数包括：最小化完成时间、最小化最大流程时间f 2、最小化最大在制品&和最小化最 大机器空闲时间f4。
9. 根据权利要求1所述的生产线工序编排及平衡控制方法，其特征在于，所述步骤S2 和步骤S3中利用离散事件仿真方法来评价其性能指标的步骤具体包括： 1) 初始化员工的生产状态以及性能统计； 2) 由工作调度过程检查生产状态，并产生新的工作分配方案，随后基于新的工作分配 方案将工作分配给合适的操作员； 3) 每个操作员处理工作直到至少一个最终事件发生； 4) 事件收集过程在接收到操作员过程发送的最终事件以后，修正生产状态并重排性能 统计； 5) 所有操作员的生产是否完成，是则继续，否则跳至步骤2); 6) 在分配方案下通过分析性能统计的数据来获取生产线的性能指标，并终止。
10. 根据权利要求1所述的生产线工序编排及平衡控制方法，其特征在于，所述生产线 约束条件包括以下一个或多个约束：工作分享约束、工序优先约束、工作调度约束、操作员 约束和/或工序约束。
【专利摘要】本发明涉及一种生产线工序编排及平衡控制方法，包括以下步骤：S1、根据生产线参数初始化差分进化算法函数；S2、初始化个体和种群，其中根据性能指标总效用函数计算个体的总效用值并利用离散事件仿真方法来评价其性能指标，以将每个个体放到种群中得到初始种群；S3、利用差分进化算法通过变异、交叉和选择操作反复迭代，得到最优解作为工序编排及平衡控制最优解；其中在选择操作中根据性能指标总效用函数计算个体的总效用值并利用离散事件仿真方法来评价其性能指标，以将每个产生的新个体放到种群中。本发明结合差分进化算法和离散事件仿真方法获得了生产线工序编排及平衡控制的最优解，使得工序的分配更加科学和优化，提高了生产效率。
【IPC分类】G06Q50-04, G06F19-00, G06Q10-04
【公开号】CN104866697
【申请号】CN201410058967
【发明人】黄伟强
【申请人】香港纺织及成衣研发中心有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2014年2月20日