第20卷第3期計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展Vol.20 No. 32010年3月OOMPUTER TECHNOLOGY AND DEVELOPMENTMar. 2010基于Flexsim的車間調(diào)度優(yōu)化余曉光,嚴(yán)洪森，殷乾坤(東南大學(xué)復(fù)雜工程系統(tǒng)測(cè)董與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京210096; .東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,江蘇南京210096)擒要:基于三維動(dòng)畫(huà)仿真軟件Flesim,文中對(duì)航空附件加工車間這種多品種、小批量生產(chǎn)的作業(yè)車間(Job- Shop)進(jìn)行了調(diào)度優(yōu)化研究。介紹了Flexim 連接數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)與遺傳算法求解生產(chǎn)調(diào)度的方法;在Flexim中建立虛擬生產(chǎn)車間模型,并且在Flesimn虛擬車間模型內(nèi)部嵌入C+ +數(shù)據(jù)庫(kù)操縱程序,將仿真模型與生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫(kù)連接,使模型可以實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù);最后通過(guò)實(shí)例說(shuō)明Flexim仿真與調(diào)度優(yōu)化相結(jié)合的方法可以有效地提高航空附件加工車間的效益,證明了方法的有效性。關(guān)鍵詞:lexsim;遺傳算法;作業(yè)車間調(diào)度;數(shù)據(jù)庫(kù)連接中圍分類號(hào):TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1673- 629X(2010)03 - 0044-04Workshops Scheduling Optimization Based on Flexsim SimulationYU Xiao -guang, YAN Hong-sen, YIN Qian-kun(Ministry of Education Key Lab. of Measurement and Control of CSE, Southeast Univ.,Nanjing 210096, China;School of Automation, Southeast Univ. , Nanjing 210096, China)Alstrad:On the basis of Flexsin sinilation, this paper studies airerat acesory job- shop schcduling oimitzaion problens, which ismuli- categories and small betch. Fint of al, the Fecxsim databae link method and ganetic agorithm in jobo- shop schetuing are introduoced. And then, the vitual workshop moel is built in Flesin enionnment, and embedded by detabase operntionC+ + programwhich could access production mangement datbese. The virtual workshop could update data from manufacturing databese in real time.In the end, the simulation example confimms the method of Flexsim simulation in crijumcion with scheduwing optimiation can improve theworkshop's benefit, and is efective.Key words;Flexsim;genetic agorithm;job- shop sceduing;databse link0引言調(diào)度問(wèn)題都取得了良好的效果?，F(xiàn)代生產(chǎn)車間中為了適應(yīng)多變的需求,逐漸形成Flexsimn是- -種面 向?qū)ο蟮目梢暬?D仿真軟件,了多品種、小批量的生產(chǎn)方式。在多品種、小批量的生可以方便地建立生產(chǎn)線模型并通過(guò)仿真進(jìn)行效能評(píng)產(chǎn)方式下選擇合適的生產(chǎn)調(diào)度策略顯得尤為重要([1]。價(jià)[4,文獻(xiàn)[5]采用Flexsim對(duì)沖壓車間進(jìn)行了調(diào)度優(yōu)采用合適的生產(chǎn)調(diào)度可以提高機(jī)器的利用率,平衡各化,并介紹了 Flexsim 調(diào)用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方生產(chǎn)工位負(fù)荷，保證按時(shí)按需生產(chǎn)。法,但未實(shí)現(xiàn)Flexsim調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù),進(jìn)行與數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)遺傳算法是一種解決生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的有效算法,時(shí)數(shù)據(jù)交換。文獻(xiàn)[6]采取計(jì)劃與調(diào)度同時(shí)優(yōu)化的方文獻(xiàn)[2]使用的GASA混合策略求解Jqb- Shop調(diào)度法首先建立粗生產(chǎn)計(jì)劃并在粗生產(chǎn)計(jì)劃的基礎(chǔ)上求解問(wèn)題和文獻(xiàn)[3]使用的自適應(yīng)遺傳算法解決作業(yè)車間調(diào)度,并成功應(yīng)用于汽車裝配車間。但是求解速度較慢,并且采用文字界面,沒(méi)有建立可視化的車間模型。而文中的研究對(duì)象是航空附件生產(chǎn)車間,由于其產(chǎn)品收稿日期:2009 -06- 13;修回日期:2009-09-01基金項(xiàng)目:國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目(2007AA04Z112);國(guó)家自然科學(xué)的特殊性必須按訂單生產(chǎn)。因此首先在約束(訂單需基金資助項(xiàng)目(50875046)求和中國(guó)煤化工算法求解最優(yōu)調(diào)度;作者簡(jiǎn)介:余曉光(1984-),男,江蘇南京人,碩士研究生,研究方向然后!YHCNMHG3模型,并通過(guò)該模為車間生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度與仿真;嚴(yán)洪森,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向型訪向生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫(kù)獲得虛擬車間的調(diào)度與工時(shí)數(shù)為生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度、知識(shí)化制造、并行工程等。據(jù);最后通過(guò)仿真對(duì)方案進(jìn)行比較。第3期.余曉光等:基于Fexsimn 的車間調(diào)度優(yōu)化from SoluResulr whe Stedue=1");1 Flexsim 簡(jiǎn)介Flexsim 是美國(guó)Flexsim公司開(kāi)發(fā)的一種基于對(duì)象/執(zhí)行sa|查詢語(yǔ)句/Source1 > vibleshedude"，model()),(0liect)的 3D仿真軟件,可對(duì)生產(chǎn)車間進(jìn)行3D仿startrow starool,numrows, numools);真。在Flxsimn圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境中,用戶可以方便地搭建//將SQL查詢結(jié)果導(dǎo)入Source對(duì)象的schedule表中三維仿真模型,并且仿真對(duì)象中內(nèi)置了大量的可設(shè)置參數(shù)。如果需要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯,還可以使用C++或3遺傳算法Flxsim Sript嵌人式編程擴(kuò)展已有的參數(shù)功能。遺傳算法(Genetic Algornthm,GA)是- 種模擬自Flexsim中集成了C++ IDE和編譯器,用戶可以對(duì)已然界生物進(jìn)化過(guò)程的仿生算法。它通過(guò)模仿生物的進(jìn)有的仿真對(duì)象進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),建立新的模擬對(duì)象(0b-化過(guò)程來(lái)優(yōu)化解的集合,其基本操作是通過(guò)選擇交叉ject)滿足個(gè)性化需求。在數(shù)據(jù)交換上,Flxsim可以由和變異搜索解的空間。其對(duì)空間的搜索具有隱含并行Exel或數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入導(dǎo)出數(shù)據(jù)，使用Flexsim和生產(chǎn)管性,它不同于隨機(jī)搜索(解空間中的枚舉搜索),它的選理數(shù)據(jù)庫(kù)連接可以實(shí)現(xiàn)調(diào)度的實(shí)時(shí)仿真。目前擇機(jī)制可以大大減小搜索空間，因而可以在有限時(shí)間Flexsim已成為- -款流行的生產(chǎn)仿真軟件,根據(jù)統(tǒng)計(jì)約內(nèi)得到一個(gè)最優(yōu)解或較優(yōu)解,并且遺傳算法還是一-種有一半的《財(cái)富>500強(qiáng)企業(yè)使用了Flexsim軟件。具有全局優(yōu)化能力的搜索方法[1。1985 年Davis首次將之用于解決調(diào)度問(wèn)題以來(lái),遺傳算法不斷得到改進(jìn)2 Flexsim 數(shù)據(jù)庫(kù)連接技術(shù)發(fā)展,是一種比較成熟的調(diào)度算法。文中采用改進(jìn)遺Flexsim通過(guò)Borland 公司的BDE ( Borland傳算法(禁忌搜索-遺傳混合算法,Tabu- GA)對(duì)生Databese Engine)連接到數(shù)據(jù)庫(kù)[4。BDE是Borland公產(chǎn)調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化。司開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎,它可以通過(guò)內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)程序、文中以最長(zhǎng)完工時(shí)間(makepan)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù):sQL Links驅(qū)動(dòng).ODBC鏈接訪問(wèn)各種數(shù)據(jù)庫(kù)。FlexsimJ = min{ maxCm}使用基于BDE中ODBC的驅(qū)動(dòng)的方式訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。s.t. Cg-Tj≥Cg-1(1)Flexsim有兩種訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)模式,分別為Table Mode和Cj≥0(2)SQL Modeo在Table Mode下,整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表會(huì)被載入J≤T(3)Flexsimn全局表,用戶可通過(guò)訪問(wèn)全局表的方式來(lái)讀取式中n為生產(chǎn)的零件種數(shù),m為機(jī)器數(shù),C。表示第:種數(shù)據(jù),但不能執(zhí)行sQL命令。SQL Mode是提供SQL零件在第;個(gè)機(jī)器完成加工的時(shí)間。約束條件(1)為加支持的模式?？梢酝ㄟ^(guò)SQL命令或Fexsin訪向數(shù)據(jù)工順序約束,i = 1.2.-.n;j = 2.3-.mn.約束條件庫(kù)命令來(lái)完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。(2)中i= 1,2.",.n;j= 1.2.-,.m。約束條件(3)為Flesim 提供了22條訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的命令,這些命工時(shí)約束,其中T為調(diào)度周期中機(jī)器可利用工時(shí)。令實(shí)質(zhì)是C+ +編寫(xiě)的函數(shù)。下面以具體程序說(shuō)明數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)操作:這是在Source對(duì)象的OnReet()事件中的一-段C4 Flexsim仿真模型建立++編寫(xiě)的程序，將數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)度結(jié)果1添加進(jìn)4.1建立模型框架文中研究的航空附件加工車間屬于Job- Shop類Souree的零件到達(dá)表中。問(wèn)題。其產(chǎn)品特點(diǎn)是:品種多、批量小,并且工藝路線if (dbqemode()! =1)固定。由于在限定時(shí)間內(nèi)車間的生產(chǎn)能力是固定的，//如果數(shù)據(jù)庫(kù)以sQL Mode方式打開(kāi)執(zhí)行下面語(yǔ)句所以對(duì)投產(chǎn)順序進(jìn)行優(yōu)化，協(xié)調(diào)多種零件的生產(chǎn),提高機(jī)器資源的利用率,平衡各工位的負(fù)荷就顯得十分必dbloe();//關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)連接要。dbopen("arabseceme", "sleat ArnvalTme, IrenName, ltem在車間中,零件生產(chǎn)是由零件圖紙和工藝流程卡Type,Quantity from SheduleResult where Sthedule = 1 order by控制的。通過(guò)圖紙和工藝流程卡可以獲取生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)ArivalTime ASC" ,0);中國(guó)煤化工”.所包含的零件數(shù)//以SQL模式打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)別名(Databee Alis)為drabecame量信息臺(tái)機(jī)器上的加工的數(shù)據(jù)庫(kù)并執(zhí)行SQL查詢時(shí)間,YH. CN M H G件的標(biāo)準(zhǔn)工藝時(shí)間來(lái)計(jì)算工人工作量。else在建立模型前做如下假設(shè):dteqlquery(" selet ArialTime, ItenName, ItemnType, Quanity，46.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展第20卷1.零件在各機(jī)器上的加工工序確定;確定零件的交付期,更加不能保證零件按期交付。在2.每臺(tái)機(jī)器-一次只能加工一批零件,一旦加工開(kāi)這種情況下為了盡量保證零件可以按期交付，生產(chǎn)控始就不能發(fā)生中斷;制部門在制定月度計(jì)劃后還需要不斷地更新調(diào)度以明3. - -批零件不能同時(shí)在不同機(jī)器上加工;確哪些產(chǎn)品需要“按時(shí)"生產(chǎn)。實(shí)際生產(chǎn)中,人工制定4.批的大小不-致,但每-批零件視為- 一個(gè)工件的調(diào)度經(jīng)常與目前在產(chǎn)的產(chǎn)品不-致,反而降低了生進(jìn)行仿真，由其標(biāo)準(zhǔn)工藝時(shí)間X數(shù)量+準(zhǔn)備時(shí)間計(jì)算產(chǎn)效率,增加了產(chǎn)品切換成本和庫(kù)存成本。其加工時(shí)間;針對(duì)以上缺陷文中采用遺傳算法對(duì)5日和10日5.不考慮機(jī)器故障。后需交貨的產(chǎn)品在生產(chǎn)能力的限制下進(jìn)行5日內(nèi)排產(chǎn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器布局在Flexsim中搭建虛擬生產(chǎn)調(diào)度,在產(chǎn)品全部投產(chǎn)后對(duì)后續(xù)訂單進(jìn)行滾動(dòng)的生產(chǎn)車間如圖1所示:機(jī)器成二列擺放,在機(jī)器中間為生產(chǎn)調(diào)度。這樣免去了月度和10日的訂單調(diào)度,對(duì)訂單的庫(kù)存擺放正在加工的零件。反應(yīng)速度加快。具體方法是:考慮到5日內(nèi)交貨的產(chǎn)品必須安排在當(dāng)期生產(chǎn),10日后交貨的產(chǎn)品可以在滿足生產(chǎn)能力限制的前提下選擇生產(chǎn)以提高機(jī)器的利用率和下次排產(chǎn)時(shí)的訂單完成能力。在所有產(chǎn)品投產(chǎn)前安排下期訂單的生產(chǎn)調(diào)度,如此對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行滾動(dòng)調(diào)度。這樣生產(chǎn)調(diào)度只需考慮10日內(nèi)交付的訂單,可以事先確定投產(chǎn)順序和產(chǎn)品交付時(shí)間,所以只需對(duì)5日后與部分10日后交付的訂單進(jìn)行備料,在制品庫(kù)存也圍1 Flexsim 車間模型僅限于當(dāng)期完工的產(chǎn)品。節(jié)省了物料與產(chǎn)品庫(kù)存成4.2填充現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)完成生產(chǎn)線布局建模后,使用Flexsim 中嵌入本、提升了生產(chǎn)線的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。5.2 遺傳算法調(diào)度求解C+ +程序的方法載入生產(chǎn)車間數(shù)據(jù)。首先在BDE中5日內(nèi)有A、B.C三組零件需交付,共計(jì)10種零設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)別名。然后使用C+ +語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)在件。10日內(nèi)另外還有D、E、F三組零件需交付,共計(jì)Source1對(duì)象和Machine對(duì)象的參數(shù)表中編寫(xiě)所需邏10種零件。產(chǎn)品工時(shí)數(shù)據(jù)如表1所示。同組零件具.輯以完成調(diào)度和參數(shù)載人,具體數(shù)據(jù)載人程序流程為: .有組合關(guān)系,需要同時(shí)領(lǐng)料與交貨。A.B.C三類零件獲得Run/Reset 按鍵消息、檢查/建立數(shù)據(jù)庫(kù)連接、從表1產(chǎn)品工時(shí)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)讀人調(diào)度結(jié)果表填充到Source1對(duì)象的調(diào)度表z M1M2M3 M4M中從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取工時(shí)數(shù)據(jù)填充到Flexsim全局表TimeFromDB中,機(jī)器從全局表TimeFromDB 中獲取Al33391030A3266378571工時(shí)數(shù)據(jù)。A3 042222 78921458這樣就實(shí)現(xiàn)了調(diào)度與工時(shí)數(shù)據(jù)的載人，體現(xiàn)了B117675678Flexsim仿真的靈活性,可以實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)255177123 54314344庫(kù)的同步更新。體現(xiàn)了調(diào)度與仿真的柔性,進(jìn)一步提B6 55566456 21069857991892453214高了車間的信息集成度。a888 26587653714544c88988543 854247525優(yōu)化算例C10 04511516D11 205 578963 325800125.1問(wèn)題分析DI2 296696 214586356文中研究的車間目前采用月度訂單調(diào)度、10日訂D13832 630258147255132單調(diào)度和5日訂單調(diào)度三重訂單調(diào)度安排。采用這種E14 487236553665方法是因?yàn)樵撥囬g目前采用的是以大量在制品庫(kù)存來(lái)中國(guó)煤化工39645678123提高機(jī)器利用率的方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以提高機(jī)器的利用率,調(diào)度簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是需要提前一個(gè)月對(duì)訂MHCNMHGJ0U325單進(jìn)行備料,對(duì)訂單的響應(yīng)慢,對(duì)于加急訂單需要特殊F19 488 35864325407527處理并且會(huì)打亂已有的生產(chǎn)調(diào)度安排,在投產(chǎn)時(shí)不能F20_20963_325120第3期余曉光等:基于Flxsim的車間調(diào)度優(yōu)化必須在當(dāng)期安排生產(chǎn)。在工時(shí)滿足的情況下可以安排利用率為第一指標(biāo),生產(chǎn)線平 衡為第二指標(biāo)。對(duì)機(jī)器D.EF進(jìn)行生產(chǎn)。5日工時(shí)限制為7500。利用率和負(fù)荷平衡綜合分析可以得出結(jié)論:選擇生產(chǎn)采用改進(jìn)遺傳算法編寫(xiě)的車間調(diào)度程序以A.B.C、F這四類零件可以取得較好的效益。makespan最小為目標(biāo)求調(diào)度有四套方案可以選擇，如表2所示。其中,生產(chǎn)方案表示投產(chǎn)的零件組,調(diào)度結(jié)6結(jié)束語(yǔ)果表明零件的投產(chǎn)順序(排在最左邊的最早生產(chǎn)),航空附件加工車間是復(fù)雜的離散事件動(dòng)態(tài)系makespan表示計(jì)算出的生產(chǎn)時(shí)間。統(tǒng)[8]。三個(gè)以上機(jī)器的Job- Shop調(diào)度向題就為NP表2遺傳算法調(diào)度結(jié)果- hard問(wèn)題!2]。對(duì)于這樣的問(wèn)題的優(yōu)化目前還沒(méi)有解生產(chǎn)方案調(diào)度結(jié)果makespan析解和通用的方法。所以目前的觀點(diǎn)是沒(méi)有免費(fèi)的午餐(No Free Lunch) ,對(duì)于每個(gè)不同問(wèn)題都有其適合的A.B.CC10A3A1 B4 BS B6C9C7 08 Al5775手段進(jìn)行解決9]。一個(gè)實(shí)際加工車間的運(yùn)行和維護(hù)需A、B.C.DCI0DI2BSA2B4B6A3D11∞C708.6470要很高的成本。采用建立虛擬生產(chǎn)車間模型進(jìn)行仿真DI3 Al的方法可以節(jié)省車間調(diào)度的驗(yàn)證成本,并且可以很大.程度上反映生產(chǎn)車間的實(shí)際情況,更重要的是其可以.A.B.C.ECI0A3A2 B4 E1S BSC9 B6 C7 E14 E167341Al C8在短時(shí)間內(nèi)完成長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)的性能驗(yàn)證。仿真方法是解決離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)問(wèn)題中常用的方法之-。A.B.C.FC10B4A2A3F20BSB6C9F19F18C766280817 Al文中針對(duì)航空附件加工車間的調(diào)度問(wèn)題.使用遺傳算法計(jì)算得到短期調(diào)度代替人工制定的長(zhǎng)期調(diào)度。5.3 使用Flexsim進(jìn)行仿真分析在取得調(diào)度結(jié)果后使用Flexsim對(duì)調(diào)度結(jié)果進(jìn)行并且使用Flexsim軟件建立與生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫(kù)連接的可視化仿真,模擬實(shí)際生產(chǎn)線的加工情況,獲取調(diào)度結(jié)生產(chǎn)線模型,動(dòng)態(tài)地對(duì)遺傳算法求解出的生產(chǎn)調(diào)度結(jié)果的更多信息。Flexsim對(duì)調(diào)度結(jié)果仿真結(jié)果如表3果進(jìn)行仿真。最后通過(guò)算例說(shuō)明采用Flexsim仿真與所示。對(duì)結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)單處理,得到調(diào)度后機(jī)器的平均遺傳算法相結(jié)合的方法可以有效地應(yīng)用于航空附件加利用率與機(jī)器利用率的標(biāo)準(zhǔn)差。在比較方案時(shí)以平均工車間調(diào)度問(wèn)題。表3 Flexsim 仿真結(jié)果M1134MsSM16平均標(biāo)準(zhǔn)差100%80.30%63.50%73. 10%71. 50%92. 20%80. 10%0.125A、B.C、D85.30%80.10%72.80%87.00%91. 70%86.20%0.08687.20%77. 80%78. 80%70.20%93.90%84. 70%0.101A、B.C、F100% 88. 20%91.60%83.70%88.50%92.90%90.80%0.050參考文獻(xiàn):度仿真研究[].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2007 ,28(8):63-64.[1]陳志光.旭電公司多品種小批盤(pán)生產(chǎn)方式改善的研究[6] 嚴(yán)洪森，夏琦峰,朱 如,等.汽車裝配車間生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)[D].廣州:華南理工大學(xué),2006.度的同時(shí)優(yōu)化方法[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào),2006,28(6):911 -[2] 王凌.車間調(diào)度及其遺傳算法[M].北京:清華大學(xué)出919.版社,003.[7] 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