(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111658328.9 (22)申请日 2021.12.3 0 (71)申请人 杭州电子科技大 学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区 二号路 (72)发明人 陈文冲　冯鹏威　雒兴刚　周青　 张忠良　谌平　黄文坡　阮渊鹏　 (74)专利代理 机构 浙江永鼎律师事务所 3 3233 代理人 王金林 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 10/08(2012.01) G06Q 30/02(2012.01) G06Q 50/04(2012.01) (54)发明名称 一种基于模型预测控制的可重构系统实时 生产提前期的优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于模型预测控制的可 重构系统实时生产提前期的优化方法， 步骤S1： 通过时间研究采集待优化生产系统流水线中材 料和作业的实时数据以及工作站状态的实时数 据， 确定模型计算所需要的参数； 步骤S2： 考虑到 预测性多阶段过渡和可重构行为， 用max ‑plus代 数来描述这个可重构的生产系统， 通过对多个工 作站之间的计划和实时离散事件的时变建立时 变过渡模型、 时变状态空间方程和状态转移矩 阵； 步骤S3： 以最小化在制品库存、 最终产品库存 和延期惩罚的总预期成本的实时作业发布计划 为目标， 建立可重构系统实时生产提前期的优化 模型来进行预测控制； 步骤S4： 对该优化模型， 利 用隐枚举算法进行求解， 最终得到总预期成本较 小的实时作业发布计划。 权利要求书6页 说明书19页 附图2页 CN 114418197 A 2022.04.29 CN 114418197 A 1.一种基于模型预测控制的可重构系统实时生产提前期的优化方法， 其特征在于， 包 括如下步骤： 步骤S1： 采集待优化生产系统流水线中材料和作业的实时数据以及工作站状态的实时 数据， 确定模型计算所需要的参数， 其中， 材料和作业的实时数据至少包括作业转移数据、 作业位置数据和加工时间； 工作站状态的实时数据至少包括机器故障事件数据、 作业处理 数据、 工作站重新配置的时间和工作站缓冲容 量； 步骤S2： 考虑到预测性多 阶段过渡和可重构行为， 建立基于max ‑plus代数的可重构生 产系统模型， 通过对多个工作站之间的计划和实时离散事件的时变建立时变过渡模型、 时 变状态空间方程和状态转移矩阵来预测完成时间， 处理实时计划提前期优化中的各种约 束； 步骤S3： 考虑可重构生产系统的环境， 以最小化在制品库存、 最终产品库存和延期惩罚 的总预期成本的实时作业 发布计划为目标， 建立新的优化方法和可重构系统实时生产提前 期的优化模型来进行 预测控制； 步骤S4： 对该优化模型， 利用隐枚举算法进行求解， 最终得到总预期成本较小的实时作 业发布计划。 2.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的可重构系统实时生产提前期的优化方 法， 其特征在于， 所述S2中， 用max ‑plus代数描述的可重构系统进一 步如下步骤： 步骤S21： 设置假设条件： 第一个工作站之前或最后一个工作站之后有足够的缓冲区； 步骤S22： 建立可重构生产系统的时变过渡模型； 具体说明如下： xi所在的位置表示第i 个工作站和重构所发生的位置， m表示工作站的数量， pi所在的位置表示第i个缓冲区， p ′i(2 ≤i≤M)所在的位置控制缓冲区中正在处理的实时工作量， p ″i(1≤i≤M)所在的位置控制 相应工作站的重新启动， u(k)表示生产系统发布的第k项工作的开始时间， 符号pi表示工作 站i正在进行的作业实时数量， 符号p ′i表示第i个缓冲区的剩余容量， σi(k)表示工作站i的 第k项作业的纯操作时间， 表示工作站i的第k项作业开始前的机器重构时间， σ′i(k)表示工作站i的第k项作业的开始时间， 计算公式为： Ni表示第i个缓冲区的容 量， 可重构生产系统的时变跃迁行为可以用如下 方程来表示： 步骤S23： 根据时变转换， 建立基于max ‑plus代数的时变 状态空间方程如下： 其中， x(k)表示工作站状态的列向量， 由[x1(k),x2(k),...,xM(k)]T组成， y(k)表示第k权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 114418197 A 2个作业完工时间， As(k)表示工作站状态 之间的关系， B(k)表示作业开始时间与工作站状态 之间的关系， C(k)表示作业完成时间与工作站状态之间的关系， 其状态转移 矩阵如下： [As(k)]ij表示缓冲容量Nj＝s并且有一个重构路径j到i的工作站时等于作业开始时间， 否则等于 ε； 当工作站有系统输入或输出时[B(k)]i1和[C(k)]1j等于0， 否则等于 ε； 将上述状态空间方程 转换为标准状态空间方程如下： 其中， 状态转移矩阵 如下： 其中矩阵 和 可以由以下公式生成： 步骤S24： 切换状态转移矩阵来表示可重构生产系统中的实时中断； 将这种中断定义为 表示当工作站 i处理第kn个作业时， 中断事件 可持续时间为dn， 工作站i对 于第kn个作业的处理时间可以表示为σ ″i(kn)＝σ′i(kn)+dn， 然后使用更新的状态空间方程 来表示可重构生产系统的实时生产状态。 3.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的可重构系统实时生产提前期的优化方 法， 其特征在于， 步骤S3中， 具体包括如下步骤： 步骤S31： 设置模型的假设条件： 每个订单只包含一种产品， 每个工作站一次只能处理 一个作业， 任何作业在当前工作 站上完成处理后， 只能在下游工作 站上处理， 不允许中断处 理， 两个作业的产品相同则不需要进行重构和重新配置， 只有第一阶段需要对计划 提前期 进行设置， 而其他阶段的由其上游和下游在制品决定， 作业采用先进 先出规则操作， 第一阶 段之前和最后一阶段之后的缓冲区容 量足够；权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 114418197 A 3