本發(fā)明屬于高端裝備制造規(guī)劃布局，具體涉及基于petri網(wǎng)的有限緩沖生產(chǎn)線機(jī)器選擇緩沖分配方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代制造業(yè)中，制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化是提升企業(yè)競爭力的關(guān)鍵。有限緩沖生產(chǎn)線常用于制造系統(tǒng)，通過在生產(chǎn)線中設(shè)置緩沖區(qū)來存儲(chǔ)在制品，能夠有效地處理生產(chǎn)過程中的波動(dòng)，確保生產(chǎn)流程的連續(xù)性和穩(wěn)定性，成為制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要研究方向。制造系統(tǒng)優(yōu)化過程中，資源的合理配置是一個(gè)不可避免的問題，資源的不足可能導(dǎo)致生產(chǎn)瓶頸，增加在制品等待時(shí)間；資源過度配置則會(huì)造成資源冗余，增加不必要的成本。資源配置的不均衡，無論是資源的缺乏還是冗余，都會(huì)對制造系統(tǒng)的靈活性和市場響應(yīng)能力產(chǎn)生負(fù)面影響。

2、資源的優(yōu)化配置是保障制造系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵，需要通過性能評估和資源配置循環(huán)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。petri網(wǎng)因其能夠準(zhǔn)確描述和分析制造系統(tǒng)中的并發(fā)和同步等特性，被廣泛應(yīng)用于制造系統(tǒng)的建模與性能評估分析。然而，在制造加工過程中，一個(gè)簡單的系統(tǒng)需要計(jì)算生產(chǎn)系統(tǒng)性能指標(biāo)，并在性能指標(biāo)約束下，快速有效進(jìn)行資源配置，類似的進(jìn)程都是非常龐大且復(fù)雜的，對于考慮了緩沖區(qū)、機(jī)器等資源聯(lián)合配置的有限緩沖生產(chǎn)線等規(guī)?；圃煜到y(tǒng)往往存在狀態(tài)爆炸，難以合理配置資源等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服規(guī)模化制造系統(tǒng)在考慮聯(lián)合資源配置時(shí)存在的狀態(tài)爆炸、難以合理配置的問題，提出了基于petri網(wǎng)的有限緩沖生產(chǎn)線機(jī)器選擇緩沖分配方法及系統(tǒng)。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、基于petri網(wǎng)的有限緩沖生產(chǎn)線機(jī)器選擇緩沖分配方法，包括以下步驟：

4、s1、根據(jù)生產(chǎn)需求和待優(yōu)化生產(chǎn)線建立有限緩沖生產(chǎn)線的隨機(jī) petri網(wǎng)模型；

5、s2、確定優(yōu)化目標(biāo)并根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)有條件以及生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)獲取生產(chǎn)參數(shù)；

6、s3、結(jié)合優(yōu)化目標(biāo)及約束條件建立混合整數(shù)線性規(guī)劃問題模型，對有限緩沖生產(chǎn)線的隨機(jī) petri網(wǎng)模型進(jìn)行初始機(jī)器選擇和緩沖分配，通過求解混合整數(shù)線性規(guī)劃問題模型進(jìn)行性能評估并計(jì)算獲得當(dāng)前最小化成本機(jī)器選擇和緩沖分配方案；

7、s4、對當(dāng)前最小化成本機(jī)器選擇和緩沖分配方案進(jìn)行啟發(fā)式搜索方法得到新的機(jī)器選擇和緩沖分配方案；

8、s5、根據(jù)新的機(jī)器選擇和緩沖分配方案求解混合整數(shù)線性規(guī)劃問題和啟發(fā)式搜索循環(huán)優(yōu)化策略，達(dá)到搜索終止條件得到有限緩沖生產(chǎn)線機(jī)器選擇和緩沖分配結(jié)果。

9、進(jìn)一步地，s1具體為：根據(jù)生產(chǎn)需求和待優(yōu)化有限緩沖生產(chǎn)線獲取加工情況、工序數(shù)以及各個(gè)工序的連接關(guān)系，建立有限緩沖生產(chǎn)線，對有限緩沖生產(chǎn)線建立有限緩沖生產(chǎn)線的隨機(jī) petri網(wǎng)模型，基于有限緩沖生產(chǎn)線的加工情況和工序數(shù)構(gòu)建庫所集合和變遷集合；根據(jù)各個(gè)工序的連接關(guān)系構(gòu)建前置關(guān)聯(lián)矩陣和后置關(guān)聯(lián)矩陣。

10、進(jìn)一步地，s1中所述有限緩沖生產(chǎn)線隨機(jī) petri網(wǎng)模型如下所示：

11、

12、其中，為有限緩沖生產(chǎn)線隨機(jī) petri網(wǎng)模型，， p為庫所集合， t為變遷集合， pre為前置關(guān)聯(lián)矩陣， post為后置關(guān)聯(lián)矩陣；是變遷的平均觸發(fā)延遲分量向量，其中表示非負(fù)實(shí)數(shù)集。

13、進(jìn)一步地，s2中所述優(yōu)化目標(biāo)為在滿足生產(chǎn)線穩(wěn)態(tài)運(yùn)行生產(chǎn)率要求的情況下配置緩沖區(qū)和機(jī)器的成本最小化；

14、s2中所述生產(chǎn)參數(shù)包括原材料庫所的材料個(gè)數(shù)、每種機(jī)器可供選擇的類型、緩沖區(qū)上下限容量限制以及生產(chǎn)線的生產(chǎn)率要求；

15、所述每種機(jī)器可供選擇的類型的參數(shù)包括每個(gè)機(jī)器庫所中可供選擇的機(jī)器類型的選擇向量、不同類型機(jī)器的成本向量、不同類型機(jī)器的加工時(shí)間向量。

16、進(jìn)一步地，s3中結(jié)合優(yōu)化目標(biāo)及約束條件建立的混合整數(shù)線性規(guī)劃問題模型如下所示：

17、

18、其中，式為目標(biāo)函數(shù)，式、式、式、式、式、式為約束條件；

19、目標(biāo)函數(shù)表示最優(yōu)的優(yōu)化目標(biāo)；

20、約束表示根據(jù)律特法則在隨機(jī) petri網(wǎng)中進(jìn)行轉(zhuǎn)化得到性能評估方式通過機(jī)器選擇和緩沖分配使生產(chǎn)線的穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)率要求；

21、約束表示機(jī)器選擇和緩沖分配情況；

22、約束表示每個(gè)機(jī)器庫所選擇的機(jī)器類型及其機(jī)器成本和加工時(shí)間；

23、約束表示對每個(gè)緩沖區(qū)中的容量約束；

24、為在有限緩沖生產(chǎn)線的隨機(jī) petri網(wǎng)模型中的初始標(biāo)識根據(jù)機(jī)器選擇和緩沖分配表示；

25、為由每種機(jī)器選擇的類型確定成本，為由每種機(jī)器選擇的類型確定加工時(shí)間，為對有限緩沖生產(chǎn)線的隨機(jī) petri網(wǎng)模型進(jìn)行初始機(jī)器類型配置；

26、為原材料庫所的材料個(gè)數(shù)，為原材料庫所；

27、為每個(gè)機(jī)器庫所中可供選擇的機(jī)器類型的選擇向量；當(dāng)選擇類型機(jī)器時(shí)，其余機(jī)器類型選擇向量中的元素為0；

28、為不同類型對應(yīng)的機(jī)器成本向量；

29、為不同類型對應(yīng)的機(jī)器加工時(shí)間向量；

30、為緩沖區(qū)庫所中的剩余容量庫所中的上限容量限制；

31、為緩沖區(qū)庫所中的剩余容量庫所中的下限容量限制；

32、為緩沖區(qū)單位容量成本；

33、為生產(chǎn)線需要滿足的生產(chǎn)率。

34、進(jìn)一步地，所述最優(yōu)的優(yōu)化目標(biāo)為通過配置緩沖區(qū)容量和機(jī)器類型及數(shù)量使最終的緩沖區(qū)總成本加機(jī)器總成本的資源總成本最小化；

35、所述緩沖區(qū)庫所由剩余緩沖區(qū)容量的庫所和已用緩沖區(qū)容量的庫所一對控制庫所組成。

36、進(jìn)一步地，s4中所述的啟發(fā)式搜索方法為隨機(jī)擾動(dòng)啟發(fā)式方法，隨機(jī)擾動(dòng)啟發(fā)式方法具體為：在當(dāng)前機(jī)器類型選擇方案下隨機(jī)選擇一種機(jī)器并對當(dāng)前機(jī)器類型進(jìn)行擾動(dòng)。

37、基于petri網(wǎng)的有限緩沖生產(chǎn)線機(jī)器選擇緩沖分配系統(tǒng)，包括隨機(jī) petri網(wǎng)模型建立模塊，用于根據(jù)生產(chǎn)需求和待優(yōu)化生產(chǎn)線建立有限緩沖生產(chǎn)線的隨機(jī) petri網(wǎng)模型；

38、生產(chǎn)參數(shù)獲取模塊，用于確定優(yōu)化目標(biāo)并根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)有條件以及生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)獲取生產(chǎn)參數(shù)；

39、當(dāng)前最小化成本方案獲取模塊，用于結(jié)合優(yōu)化目標(biāo)及約束條件建立混合整數(shù)線性規(guī)劃問題模型，對有限緩沖生產(chǎn)線的隨機(jī) petri網(wǎng)模型進(jìn)行初始機(jī)器選擇和緩沖分配，通過求解混合整數(shù)線性規(guī)劃問題模型進(jìn)行性能評估并計(jì)算獲得當(dāng)前最小化成本機(jī)器選擇和緩沖分配方案；

40、新方案獲取模塊，用于對當(dāng)前最小化成本機(jī)器選擇和緩沖分配方案進(jìn)行啟發(fā)式搜索方法得到新的機(jī)器選擇和緩沖分配方案；

41、機(jī)器選擇和緩沖分配結(jié)果獲得模塊，用于根據(jù)新的機(jī)器選擇和緩沖分配方案求解混合整數(shù)線性規(guī)劃問題和啟發(fā)式搜索循環(huán)優(yōu)化策略，達(dá)到搜索終止條件得到有限緩沖生產(chǎn)線機(jī)器選擇和緩沖分配結(jié)果。

42、一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的基于petri網(wǎng)的有限緩沖生產(chǎn)線機(jī)器選擇緩沖分配方法。

43、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的基于petri網(wǎng)的有限緩沖生產(chǎn)線機(jī)器選擇緩沖分配方法。

44、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

45、本發(fā)明提供的基于petri網(wǎng)的有限緩沖生產(chǎn)線機(jī)器選擇緩沖分配方法，通過建立有限緩沖生產(chǎn)線的隨機(jī)petri網(wǎng)模型步驟s1，能夠精確描述生產(chǎn)線的狀態(tài)、資源如機(jī)器、緩沖區(qū)的流動(dòng)以及它們之間的相互作用。petri網(wǎng)模型以其直觀性和強(qiáng)大的描述能力，使得生產(chǎn)線的復(fù)雜動(dòng)態(tài)過程得以準(zhǔn)確呈現(xiàn)。petri網(wǎng)模型不僅描述了生產(chǎn)線的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，還通過變遷代表操作或事件和庫所代表狀態(tài)或資源之間的關(guān)系，反映了生產(chǎn)線的動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程。這有助于深入理解生產(chǎn)線的運(yùn)行規(guī)律，為優(yōu)化提供基礎(chǔ)。在步驟s4中，對當(dāng)前最小化成本機(jī)器選擇和緩沖分配方案進(jìn)行啟發(fā)式搜索，以尋找新的更優(yōu)解。啟發(fā)式搜索方法以其靈活性和高效性，能夠在解空間中進(jìn)行有效探索，提高找到更優(yōu)解的可能性。通過步驟s5中的循環(huán)優(yōu)化策略，循環(huán)優(yōu)化的方式能夠逐步逼近最優(yōu)解或次優(yōu)解，確保優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。本發(fā)明具有精確建模、優(yōu)化目標(biāo)明確、高效求解以及啟發(fā)式搜索與循環(huán)優(yōu)化等好處。這些好處共同作用于生產(chǎn)線的優(yōu)化過程，使得生產(chǎn)線能夠在滿足生產(chǎn)需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)成本的最小化和效率的最大化。解決了規(guī)?；圃煜到y(tǒng)在考慮聯(lián)合資源配置時(shí)存在的狀態(tài)爆炸、難以合理配置的問題。

46、進(jìn)一步地，根據(jù)生產(chǎn)需求和待優(yōu)化生產(chǎn)線同時(shí)考慮機(jī)器數(shù)量、類型以及緩沖區(qū)容量三個(gè)關(guān)鍵參量，獲取原材料類型及數(shù)量、每道工序上機(jī)器可供選擇的類型及相關(guān)參數(shù)、緩沖區(qū)容量限制、生產(chǎn)線的生產(chǎn)率要求等信息后構(gòu)建有限緩沖生產(chǎn)線隨機(jī)petri網(wǎng)模型，采用啟發(fā)式搜索與求解混合整數(shù)線性規(guī)劃問題模型循環(huán)優(yōu)化策略輸出機(jī)器選擇和緩沖分配方案及對應(yīng)的最小成本。由此，針對有限緩沖生產(chǎn)線考慮機(jī)器數(shù)量、類型及緩沖區(qū)容量聯(lián)合配置隨著規(guī)模增大狀態(tài)空間呈指數(shù)級增長問題，本發(fā)明能夠有效避免枚舉、隨機(jī)配置等狀態(tài)爆炸式探索，通過循環(huán)優(yōu)化策略高效求解得到滿足有限緩沖生產(chǎn)線生產(chǎn)率要求的最優(yōu)（近優(yōu)）機(jī)器選擇和緩沖分配方案，使得所需成本大大減小，提高效益和企業(yè)競爭力。