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基于零件虛擬工序隊列的FMS動態調度研究
基于零件虛擬工序隊列的FMS動態調度研究
注意：本文已經在《中國機械工程》(1999,10(12):1367～1369)雜志發表
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趙天奇 陳禹六 李培根
摘要提出虛擬工序隊列的概念，并在此基礎上提出一種基于靜態零件分批（靜態調度）的FMS動態生產調度方法，該算法充分考慮到FMS的系統資源限制及零件運輸等環節，能較好地解決生產調度中的設備負荷平衡、系統緊急事件發生（如機床故障、新零件加入等）、可替代加工工序等問題，且易于實現，具有較廣泛的適應性。
關鍵詞FMS零件虛擬工序隊列動態調度調度規則
中國圖書資料分類法分類號TH165TP271
Dynamic Scheduling Based on Virtual Operation Queue of Part for FMSs
Zhao Tianqi(Tsinghua University,Beijing,China)ChenYuliuLi Peigenp 1367-1369
Abstract: In this paper a concept of Virtual Operation Queue of part is proposed, a dynamic production scheduling algorithm is presented based on static batching of FMSs. The restricts of manufacturing resources, influence of part handling system and some emergency events (e.g. machine breakdown, rush order joining etc.), alternative operations, etc. are considered in the algorithm. The algorithm is easy to be realized, and can be applied to dynamic scheduling for most types of FMSs, which have one or more AGVs and have linear or loop layout.
Key words:FMSVirtual Operation Queue of PartDynamic schedulingDispatching Rule
對于有效地利用已有FMS中的各種資源提高生產效率而言，合理完善的調度控制系統是關鍵。調度是指在時間意義上所有系統資源的定位、分配和處理，其系統分為加工子系統和運輸子系統(刀具流系統和物料流系統)，其調度分為靜態調度和動態調度。FMS的調度控制比較復雜，尤其當涉及的因素較多時，若要根據某一調度目標得到最優調度結果，往往很難滿足實時性的要求。其實，多數情況下調度目標是人為的，FMS調度只要得到近優解即可［1，2］。
本文在零件靜態分批的基礎上提出零件虛擬工序隊列的概念，并在此基礎上提出1個解決FMS動態生產調度的啟發式調度算法。
1FMS調度問題描述
FMS動態調度及零件靜態分批之間的關系見圖1。這里所研究的動態調度是在零件靜態分
批的基礎上以分好的零件子批為加工任務進行調度的［3，4］。因在加工任務靜態分批階段已充分考慮了系統的部分資源(如裝卸站、緩沖站、刀具、夾具、托盤等因素)，故在此不需考慮。
圖1動態調度與零件靜態分批之間的關系
FMS動態調度的目標是使系統具有較好的加工性能，一方面能使系統具有較高的生產率，即較高的設備利用率，另一方面能及時完成給定的加工任務。在本文中，調度主要考慮2方面的性能，即盡量滿足加工任務中零件的交貨期和盡可能減少系統生產時間。用以下2個指標來描述：工件平均延誤時間（mean tardiness，MT）和工件平均流通時間（mean flow-time，MFT）。
MT反映零件是否滿足交貨期，MFT則反映工件在系統中的駐留時間，能較全面地反映系統生產時間。調度目標
f=min{W1×MT W2×MFT}
式中，W1、W2為權值；×反映調度目標中MT和MFT的側重程度。
2零件虛擬工序隊列的概念及特點
零件在FMS中加工的過程可用排隊理論和方法來描述，由于加工中影響因素較多，如零件的某些工序存在可替代加工工序和零件的加工工序之間的加工先后關系的柔性等。這些因素給系統性能的提高創造了有利的條件，但無疑也為系統的調度控制系統的實現增加了難度。這也是目前大多數調度控制系統采用固定加工工藝的主要原因之一。利用本文提出的零件虛擬工序隊列方法可大幅度降低調度問題的復雜性。
零件虛擬工序隊列方法的基本原理見圖2。假設系統內的每一臺機床前都存在一隊列(集合)，該集合中存放的是當前該設備能夠加工的工序(機床的可加工工序集合)。在調度開始時各設備前可加工工序集合為空(也可按給定系統狀態設定)，當有新零件進入系統或設備加工完一零件時，首先判明該零件當前能加工的工序及其對應的機床，然后使這些工序進入對應機床的可加工工序集合中。若當前可調度工序存在可替代加工工序，則該工序同時加入到對應設備的可加工工序集合中。設備的下一個加工零件是在該機床的可加工工序集合中按一定的規則進行選擇的。當機床選擇好1個工序后，從所有設備的可加工工序集合中刪去該工序對應的零件的所有工序，從而避免不同設備同時選擇同一零件的情況。
圖2零件虛擬工序隊列概念圖
采用零件虛擬工序隊列方法有如下特點：
(1)有廣泛的適應性。對機床故障、緊急零件進入、可替代加工工序以及改變調度目標等通常意義上的重調度情況都很容易處理。
(2)避免了算法中零件在不同的機床隊列之間不必要的相互傳送及調整。
(3)在零件優化分批的基礎上，可實現批內各機床加工負荷的近似自動平衡。機床最大負荷不均衡量為零件的最后一道加工工序的加工時間。
(4)適用于多種零件的混流生產，也適用于傳統的Job－Shop生產。
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