智能RGV的动态调度策略

摘 要：我们先行考虑最简单的情况即：完成一道工序即可加工完成的物料，且在该过程中没有发生1%概率的故障。在这样的工作设定下，显然若GRV是顺序（即将物料按CNC1--8号的顺序在CNC上放料的）进行放料，则完成第一轮放料后开始判断是在7，8号为中间等待7，8号CNC完成节省时间还是返回1，2号CNC中间等待其完成后加料节省时间。此后循环往复的判断，则得出的结论是：在完成一道工序且不存在1%的故障时该系统是循环往复的进行1--8号的放料和产生熟料的。

最后我们考虑需要两道生产工序的物料在生产过程中发生故障的问题：对于这个问题本论文拟采用设置优先等级的方法对RGV进行调度，当CNC已经发生故障问题后，原有的设置比例问题已经不再适用，RGV要开始优先处理发生故障类型的物料，让生产另一种物料的CNC稍稍延迟调用RGV，这样可以达到整体生产个数最大的全局最优解，避免了单种工序完成较多单发生了货物积压的情况。

关键词：欧几里得距离；线性回归

一、问题重述

8台计算机数控机床、1辆轨道式自动引导车、1条RGV直线轨道、1条上料传送带、1条下料传送带等附属设备组成。（1）一道工序的物料加工作业情况，每台CNC安装同样的刀具，物料可以在任一台CNC上加工完成；（2）两道工序的物料加工作业情况，每个物料的第一和第二道工序分别由两台不同的CNC依次加工完成；（3）CNC在加工过程中可能发生故障（概率约为1%），每次故障排除时间介于10～20分钟之间，故障排除后即刻加入作业序列。要求分别考虑一道工序和两道工序的物料加工作业情况。

任务：对一般问题进行研究，给出RGV动态调度模型和相应的求解算法；

二、问题分析

任务一的分析：

问题一：若GRV是顺序进行放料，则完成第一轮放料后开始判断是在7，8号为中间等待7，8号CNC完成节省时间还是返回1，2号CNC中间等待其完成后加料节省时间。得出的结论是：在完成一道工序且不存在1%的故障时该系统是循环往复的进行1--8号的放料和产生熟料的。

现在我们考虑一道工序即可加工完成的物料在生产时CNC产生了1%的故障。我们可以沿用刚刚的问题分析，即使有CNC发生了故障，在故障处理中的这段10到20分钟时间内RGV处理CNC生产完成的熟料和放下生料的过程依然是除去该坏掉的CNC后的顺序排列。不同刀具的个数确定问题：在讨论刀具个数问题时，我们首先要遵循的前提条件是经过两个不同刀具工序处理的物料在数值上几乎相等这样才不会出现到达规定时间后还有大量的未完成两道工序的物料存在。最后我们考虑需要两道生产工序的物料在生产过程中发生故障的问题：对于这个问题本论文拟采用设置优先等级的方法对RGV进行调度，当CNC已经发生故障问题后，原有的设置比例问题已经不再适用，RGV要开始优先处理发生故障类型的物料，让生产另一种物料的CNC稍稍延迟调用RGV，这样可以达到整体生产个数最大的全局最优解，避免了单种工序完成较多单发生了货物积压的情况。

三、问题假设

1、安装同种刀具的CNC加工作業时间相同

2、RGV移动后便可以开始工作，无时间间隔

3、CNC故障后的修复时间皆为15分钟

四、模型的建立与求解

首先，分析完成一道工序即可加工完成的物料，且在该过程中没有发生1%概率的故障。在这样的工作设定下，经过算法程序计算，若GRV是将物料按CNC1--8号的顺序在CNC上进行放料，则完成第一轮放料后开始判断是在7，8号中间等待7，8号CNC完成节省时间还是返回1，2号CNC中间等待其完成后加料节省时间。此后循环往复的判断RGV应该给第几台CNC上料。

针对一道工序且不考虑故障影响的情况，我们可简化RGV的运动过程，将其运动视为简单的点与点间的运动。我们依据贪心算法，通过一系列局部最优的选择，即贪心选择来达到总体最优，即CNC的总工作时间最长。现在我们考虑一道工序即可加工完成的物料在生产时CNC产生了1%的故障。我们可以沿用刚刚的思路，即使有CNC发生了故障，在故障处理中的这段10到20分钟时间内RGV处理CNC生产完成的熟料和放下生料的过程依然是除去该坏掉的CNC后的顺序排列。在CNC重新修好后，其立即参与新一轮的生产。那么解决这个问题的核心就是如何将这个1%的故障放入程序中，我们建立的模型针对该问题有以下几种考虑：

①随机生成一个0--99的数。②生成随机数的时候，八台CNC会随机有一台机器发生故障，我们将这个故障转化为模型建立中的一个很大的数值M，这个数值在15分钟后被代替为每个CNC原有的生产倒计时器来判断是否完成生产。我们现在开始讨论需要两道工序加工的物料问题。这个问题就涉及到安装不同刀具的CNC比例问题和不同刀具所在位置的问题讨论：

不同刀具的个数确定问题：在讨论刀具个数问题时，我们首先要遵循的前提条件是经过两个不同刀具工序处理的物料在数值上几乎相等这样才不会出现到达规定时间后还有大量的未完成两道工序的物料存在。将每个一二道工序的CNC连线且仅连接一次后，我们得到每种不同的排列组合下最短路径和的排列方式，我们具体来分析RGV的调度问题，在讨论时我们将其分为4：4，5：3的两种情况分开讨论：（1）我们可以将一道工序的CNC生产情况略加修改，因为奇偶CNC位置上的上下料时间有差别，且4：4的情况是一二两道工序生产所用时间几乎相等但略有差别，这样就对我们建立模型本身来说是很有帮助的，我们可以让上下料时间较多的偶数位机器安排生产工序用时相对较少的工序，让上下料时间较少的奇数位机器安排生产工序用时将对较多的工序，这样可以达到在包含上下料时间和生产时间的总时间内，奇偶位CNC几乎无差别，这样对于程序的编写可以大大减负。（2） 对于5：3这种情况，当第一轮全部下料完成后RGV处于等待时间，第一个向RGV发出完成信号的肯定是用时较短的第一道工序的CNC，此刻RGV会行驶向第一个完成的CNC，待RGV处理完成后会有第二台完成第一道工序的CNC，此时RGV会先行将机械臂中的半成品放入离RGV最近的第二道工序CNC中......当第一道工序的CNC发生损毁后，RGV要优先取给料第一道工序的CNC，当有第一道工序完成且第二道工序的CNC完成时，即使第二道工序的CNC的所处的位置在计算欧几里得距离时优于第一道工序的CNC所处的位置，RGV也会选择第一道工序的CNC进行处理。

参考文献：

[1]张桂琴，张仰森.直线往复式轨道自动导引车智能调度算法[J].计算机工程，2009，35（15）：176-178+181.

[2]陈华，孙启元.基于TS算法的直线往复2-RGV系统调度研究[J].工业工程与管理，2015，20（05）：80-88.

[3]张庆海，张琼.Matlab在数学建模中的应用[J].中国集体经济，2008（06）：170-171.

作者简介：

白润宸，出生年月：1996年6月，性别：男，民族：回，籍贯（精确到市）：河南省漯河市，学历：本科学历.