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基于零件虚拟工序队列的FMS动态调度研究

注意：本文已经在《中国机械工程》(1999,10(12):1367～1369)杂志发表
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赵天奇　陈禹六　李培根

摘要提出虚拟工序队列的概念，并在此基础上提出一种基于静态零件分批（静态调度）的FMS动态生产调度方法，该算法充分考虑到FMS的系统资源限制及零件运输等环节，能较好地解决生产调度中的设备负荷平衡、系统紧急事件发生（如机床故障、新零件加入等）、可替代加工工序等问题，且易于实现，具有较广泛的适应性。
关键词FMS零件虚拟工序队列动态调度调度规则
中国图书资料分类法分类号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

对于有效地利用已有FMS中的各种资源提高生产效率而言，合理完善的调度控制系统是关键。调度是指在时间意义上所有系统资源的定位、分配和处理，其系统分为加工子系统和运输子系统(刀具流系统和物料流系统)，其调度分为静态调度和动态调度。FMS的调度控制比较复杂，尤其当涉及的因素较多时，若要根据某一调度目标得到最优调度结果，往往很难满足实时性的要求。其实，多数情况下调度目标是人为的，FMS调度只要得到近优解即可［1，2］。
本文在零件静态分批的基础上提出零件虚拟工序队列的概念，并在此基础上提出1个解决FMS动态生产调度的启发式调度算法。

1FMS调度问题描述
FMS动态调度及零件静态分批之间的关系见图1。这里所研究的动态调度是在零件静态分
批的基础上以分好的零件子批为加工任务进行调度的［3，4］。因在加工任务静态分批阶段已充分考虑了系统的部分资源(如装卸站、缓冲站、刀具、夹具、托盘等因素)，故在此不需考虑。

图1动态调度与零件静态分批之间的关系

FMS动态调度的目标是使系统具有较好的加工性能，一方面能使系统具有较高的生产率，即较高的设备利用率，另一方面能及时完成给定的加工任务。在本文中，调度主要考虑2方面的性能，即尽量满足加工任务中零件的交货期和尽可能减少系统生产时间。用以下2个指标来描述：工件平均延误时间（mean tardiness，MT）和工件平均流通时间（mean flow-time，MFT）。
MT反映零件是否满足交货期，MFT则反映工件在系统中的驻留时间，能较全面地反映系统生产时间。调度目标

f=min{W1×MT+W2×MFT}

式中，W1、W2为权值；×反映调度目标中MT和MFT的侧重程度。

2零件虚拟工序队列的概念及特点
零件在FMS中加工的过程可用排队理论和方法来描述，由于加工中影响因素较多，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间的加工先后关系的柔性等。这些因素给系统性能的提高创造了有利的条件，但无疑也为系统的调度控制系统的实现增加了难度。这也是目前大多数调度控制系统采用固定加工工艺的主要原因之一。利用本文提出的零件虚拟工序队列方法可大幅度降低调度问题的复杂性。
零件虚拟工序队列方法的基本原理见图2。假设系统内的每一台机床前都存在一队列(集合)，该集合中存放的是当前该设备能够加工的工序(机床的可加工工序集合)。在调度开始时各设备前可加工工序集合为空(也可按给定系统状态设定)，当有新零件进入系统或设备加工完一零件时，首先判明该零件当前能加工的工序及其对应的机床，然后使这些工序进入对应机床的可加工工序集合中。若当前可调度工序存在可替代加工工序，则该工序同时加入到对应设备的可加工工序集合中。设备的下一个加工零件是在该机床的可加工工序集合中按一定的规则进行选择的。当机床选择好1个工序后，从所有设备的可加工工序集合中删去该工序对应的零件的所有工序，从而避免不同设备同时选择同一零件的情况。

图2零件虚拟工序队列概念图

采用零件虚拟工序队列方法有如下特点：
(1)有广泛的适应性。对机床故障、紧急零件进入、可替代加工工序以及改变调度目标等通常意义上的重调度情况都很容易处理。
(2)避免了算法中零件在不同的机床队列之间不必要的相互传送及调整。
(3)在零件优化分批的基础上，可实现批内各机床加工负荷的近似自动平衡。机床最大负荷不均衡量为零件的最后一道加工工序的加工时间。
(4)适用于多种零件的混流生产，也适用

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