基于Plant Simulation的作业调度仿真研究

者群体制造不同的产品以求生存，但是不同种类的产岛各生产制造环节具有较大的差异；与此同时，各市场需求风云变

幻，日常生产制造异常不可控等因素均会给企业在车间作业调度中带来较大的问题。车间作业调度需要企业能够很快

响应市场需求的各种变化，即要求整个系统应具有鲁棒性、敏捷性与智能性。【关键词]Palmer算法；自主决策;作业调度【中图分类号】F251 【文献标识码】B 【文章编号】1674 - 4993(2019)09 - 0072 - 04The Simulation of Job Scheduling Based on Plant Simulation□ WANG Zhi - bin(GREE ELECTRIC APPLIANCES,INC. OF ZHUHAI,Zhuhai 519000,China)[Abstract] In the process of the integration and development of the world economy, the single category of things can not

meet the needs of all consumers. Enterprises must manufacture different products for different consumer groups in order to

survive, but the way of producing and manufacturing for different types of products are quite different. At the same time, the

requirement of market is always changing. The uncontrollable factors of daily production and manufacturing will bring great

problems to the job shop scheduling of enterprises. Job shop scheduling requires enterprises to respond quickly to changes in

market demand,that is,the whole system should be robust,agile and intelligent.[Key words] Palmer algorithm；self -decision making；job scheduling1引言单品类东西在当今世界经济融合发展的进程中并不能满 足所有消费者的需求，各企业必须针对不同消费者群体制造 不同的产品以求生存，但是不同种类的产品各生产制造环节

具有较大的差异；与此同时，各市场需求风云变幻，日常生产

到实际生产作业中的工艺约束和加工作业环境，在过去一段

时间,大量学者都对PFSP问题进行了横向和纵向的研究，同

时提出了不同的PFSP作业调度问题和模型。该问题具体说

明如下：\"个加工任务(N = J,,J2，-,JJ,三类产品X、Y、Z需在 m台机器(胚=M.,M2，-,上完成加工，每个加工任务都

制造异常不可控等因素均会给企业在车间作业调度中带来较 大的问题,而当前的车间作业调度模式无法较好地解决各类

包括操作集合J=\\0il,0a,0jm\\,加工任务Jj在第台机器

异常状况。上需要的加工时间记为Pi/i = l,2,-,ro；； = l,2,-,n)o

PFSP问题通过“/m/P/C^来表述，也就是n个加工任务/m

2传统单线作业调度2. 1 PFSP( Permutation Flow Shop Problem, PFSP )问题的描述

台设备/置换流水线调度/最大完成时间。与假设2.1.1问题的描述加工顺序77 = ｛叭,”2 ,…,17”｝个加工任务会依次经过 台机器。任务丐在机器m上加工完成时间表示为。

按照加工次序”=｛叭，”2,…，眄J ,PFSP问题的加工完成时

PFSP问题属于一类经典的NP - hard生产作业调度问

题。在实际生产中同一机器需连续对许多的在制品进行加工

间如下所示：C(F)=P”,1

C(77”l) =C(7Tj_i,l) +P”,i,j = 2,…;n

处理,同时每个在制品需要在多台机器上进行加工处理，并且

(1)(2)(3)如果机器不同时各在制品所需的加工处理时间是不同的，因 此确定各在制品在不同机器上加工处理的先后顺序会对其最

C(m,i) =C(771,i-l) +P^j,i=2, — ,m

=max｛ CiiTj.i ,1) ,C(irj,i-l) + P”」，J = 2,•••终加工时间结果具有较大的影响。根据并行机的类别，经典 的PFSP可以划分为以下三类湘同并行机混合流水缰口 ；均 匀并行机混合流水线⑷；不相关并行机混合流水线⑶。考虑

【收稿日期】2019 - 07 - 07【作者简介】汪致宾(1990-),男,江西上饶人。(4)Makespan 定义为：^(ir) = C(7r„,m) o 其中,Makespan

第9期汪致宾:基于Plant Simulation的作业调度仿真研究73指的是最大加工完成时间。PFSP问题的目的是寻求该排列 的最优解：〃*：臨,/ ), VtTE 口。2.1.2 PFSP问题的假设为了确保不少于一个特性指标可以得到最优解,PFSP问 题的首要目的即是确定好n个加工任务在各台机器上的最佳

加工次序。故对于此问题有如下假设:①所有工件在每台机

器设备上均有指定的加工次序;②单台机器设备在加工处理

工件时具有时间上的唯一性;③每个工件的加工任务在每台

机器设备上进行加工处理时具有时间上的唯一性;④各加工

工序具有随机自主性;⑤每个工序处理顺序和准备时间不会

相互影响，同时准备时间属于加工时间一部分;⑥所有的加工

任务在该系统中机器设备上的加工顺序是一致的;⑦每台机

器均持续可用;⑧如某台机器已在加工处理该任务则在完成

前均不能够停滞亦不能有别的在制品插入进行加工处理。2. 2 Palmer•启发式算法对于一般的车间作业调度问题，可以通过分支定界法来

保证得到普通问题的最优解。在现实生产作业中若需要对较

大规模的问题进行求解时采用分支定界法以求得到普通问题 的最优解需花费大量的时间来完成，因而其代价较大。要想

通过较低的计算量即可得到较为满意的结果,可使用更为实 用的启发式方法。Palmer启发式算法研究的是按照斜度指标

给工件完成排序,其公式如下(5 )所示：入：二为m[j- (m +1)/2]如(心 1,2,•••,〃) (5)上泰公式，表示机器设备的数量吗指工件厶在所指定机

器设备购上需要的处理时间。2.3建模与仿真①如图1建立模型。图1 Palmer仿真模型图②工件X、Y、Z分别于M1、M2、M3上的所需的加工处理

时间如表1所示。表1各工件处理加工明细表MlM2M3X2h2.5h3hY2.5h3h2hZ3h2h2,5h③ 各工件生成如公式(6)所示：A(0 =0. 4 +0. 3 * sin[ (i *pi)/15]

(6)④ 工件X、Y、Z数量均为33 o⑤ 该系统模型参数完成设置后,不借助Palmer方法而是 直接点击运行EventController，让其以随意的加工作业顺序完

成各项任务，以此得到的最大流程时间如图2所示为12天21

小时47分钟52秒。图2正常调度甘特图设⑥置系统使用Palmer启发式算法并对模型进行运行,

得到如图3所示的最大流程时间为12天17小时40分钟34

秒，与图2对比可看出Palmer启发式算法降低约4个小时。图3 Palmer甘特图⑦ 对M2的失效选项卡参数进行重新设置，使其失效24

小时。⑧ 重新点击运行EventController,得到如图4所示的最大

流程时间为13天18小时30分钟53秒，与图2 - 3对比可见

显著提高约25小时。图4机器失效Palmer算法作业调度甘特图⑨整个系统在M2失效时在制品数变动如图5所示。74物流工程与管理第41卷图5机器失效Palmer算法在制品变化图从上述三种仿真模型结果可知Palme!•启发式算法尽管可

以减少最大流程时间,但是若机器设备出现故障而同时有多

类加工件需要加工处理时会提高该系统的最大流程时间,延

迟该批生产订单的交付周期,不仅如此,该系统中的在制品数 量亦显著提高。3基于局部信息的自主决策作业调度3.1 问题描述在获得相关局部信息的同时，各智能物流对象还需根据 该信息完成相关决策;另一方面,各物流对象获得的局部信息 中包含着大量的干扰信息，使得各物流对象所做的每一个下

一步骤具有更高的普适性。在智能调度中，各在制品工件本 身可以自主确定使用某台机器完成加工作业。而对于不同类

型的在制品工件所需的处理时间各不相同这一状况亦需作为

参考，本文中具体的各类产品所需加工处理时间见表2。本文讨论的基于队列长度估计(Queue Length Estimator,

QLE)的自主作业调度，其工件或产品计为X、Y、Z。各类产品

在自己产线上所需要的加工时间是最短的，而如果该产品想

要变更产线的话,则其加工处理时间会更长。同时假定变更 产线的决策通过该工件自身以得到的缓冲区局部信息来完成

的。所以该产品在考虑是否变更生产线时会计算其它产线的

加工处理时间会比其自身产线所需加工时间更长这一情况。

在每一台机器设备上，该产品自主计算对比切换机器设备所

需处理时间和它自己设备所需处理时间，而后选择加工完成

时间更少的机器设备。如图6所示。3.2建模与仿真①如图7建立模型。图7 QLE仿真模型图②如表2 所示明确 X、Y、Z 在 M11、M12、M13、M21、M22、 M23、M31、M32、M33上所需加工处理时间，且它们数量都是 99件。表2 QLE工件加工时间表MilM12M13M21M22M23M31M32M33X2h2.5h3h2h2.5h3h2h2.5h3hY3h2h2.5h3h2h2.5h3h2h2.5hZ2.5h3h2h2.5h3h2h2.5h3h2h③对相关参数进行设置后,点击运行EventController,如图

8所示得到的最大流程时间是7天4小时25分钟。图8基于QLE作业调度甘特图④ 对M22失效选项卡进行重新设置，让它失效24小时。⑤ 重新点击运行EventController得到如图9所示的最大

流程时间为7天11小时30分钟，对比M22未失效时最大流

程时间提高了约7小时。图9机器失效QLE作业调度甘特图⑥如图10所示为M22失效状况下该模型系统中的制品 数量变化情况。第9期汪致宾:基于Plant Simulation的作业调度仿真研究法作业时,Palmer算法更是无法发挥效用。75②不论机器是否出现异常无法进行加工作业,QLE模型

中的作业调度方法对整个系统在最大作业时间方面具有更好

的影响，整个系统具有更强的鲁棒性。4.2研究展望总体而言，使用QLE这种基于局部信息的自主作业调度 方式，各类工件均能够根据实际情况自行调整,对于突发状况

能够做出较好的反应。对于该方向的深入研究具有一定的促

进作用。鉴于本文篇幅有限，基于局部信息的自主作业调度

图10机器失效下QLE在制品变化图能够在工件完成加工的终止时间、类别优先级等方向上来做

在系统中某台机器出现异常无法完成加工作业时,Palmer

深入的研究，同时在制品变化量、滞留等待时间等亦是可作为 研究比较的指标。另外本文所提到的加工作业时间、准产线

算法模型中的在制品数量快速的增加，而且长时间未见减少；

QLE可以对机器出现异常无法完成加工作业的突发状况进行

较快的反应,QLE模型中的在制品数量尽管在一定时间内岀 现增加，但是在较短时间内就减少到了平均值,整个模型系统

间的切换时间、准备时间等同样可以做深入的研究。[参考文献]受到较低的影响,对于机器异常无法完成加工作业的突发情

况具有更好的响应。与Palmer算法的作业调度对比，基于队列长度估计的多 类型产品作业调度在机器能够正常作业和某一台机器发生异

[1] PORTMANN M C, VIGNIER A, DARDILHAC D. et al.Branch and Bound Crossed with GA to Solve Hybrid Flow 一 shops [ J ]. European J of Operational Research, 2008,107(2)：389 -400.[2] SOEWANDI H,ELMAGHRABY S E. Sequencing on Two -

常无法进行加工作业24h这两类的最大流程时间下,其均可

在很大程度上减少最大流程时间，机器异常无法进行加工作

stage Hybrid Flowshops with Uniform Machines to Minimize Makespan[ J]. He Transactions,2013,35(5) ：467 -477.[3] FIGIELSKA E. A Genetic Algorithm and a Simulated

Anneaing Algorithm Combined with Column Generation

Technique for Solving the Problem of Scheduling in the Hybrid Flow Shop with Additional Resources[ J]. Computers

业对整个模型系统的正常运行具有更低的影响。4总结和展望4.1本文的主要结论本文以Plant Simulation为工具，获得下述结论。①Palmer算法尽管对解决PFSP问题具有一定程度的效 果,然而其效用是有限的,如模型所示若某台机器出现异常无

& Industrial Engineering, 2009,56(1) ：142 - 151.(上接第93页) 标准化与配送信息化智能化管理，能够很大程度地提高水果 在校内配送的效率,保障了配送的时效性，使企业能够进一步

现有的冷链物流示范工程，分析自己的配送服务中的不足，并 努力想对策解决不足，严格遵守国家制定的冷链配送标准,用

取得顾客信任。先进的技术实现水果冷链周期全过程实时监管,严控冷藏链各

个环节的运营状况，做到企业、销售商与消费者的信息共享，保

[参考文献][1] 陶庆彤.在线水果配送系统的分析与设计[D].南昌：江

西财经大学,2016.证配送的水果没有质量问题，让消费者能更放心的订购水果。4结论本文首先分析校园水果配送现状，在此基础上，运用

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的现状及对策[J].经济研究导刊,2018(02) ：110-111.SWOT分析法、鱼刺图分析法，针对现在校园水果配送中出现 的保鲜性问题进行原因分析，通过SWOT分析法可以较客观

而准确的进行分析与研究，而通过鱼刺图可清晰地整理出现

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trainspotation systems—a review[ J]. International Journal of

送标准化，建立第三方物流平台,配送信息化智能化管理几方 面具体分析，试图从不同的角度提出解决校园水果配送中存

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究[J].物流技术,2011,30(05) ： 121 -124.在保鲜问题的方案,一方面，可以缓和如今日益显露的校园水 果配送中的保鲜问题，提高校园水果配送中水果的质量，大学 生可以在第三方物流平台反映配送中水果的质量问题，让大

学生能够更好地享受校园水果外卖服务,另一方面,通过配送

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