劉清濤 蔡宗琰 昝 杰 蔣世應(yīng)

(①長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院，陜西西安 710064;②宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川宜賓 644003)

再制造是把達(dá)到使用壽命周期的產(chǎn)品通過(guò)回收、拆卸、分揀、清洗、噴涂、修復(fù)和技術(shù)改造使其達(dá)到甚至超過(guò)原型產(chǎn)品性能，從而以有競(jìng)爭(zhēng)力的成本獲得產(chǎn)品新的生命周期的制造活動(dòng)［1］。再制造是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的必要途徑。再制造系統(tǒng)的調(diào)度優(yōu)化在再制造理論研究中占有重要地位。目前，該領(lǐng)域的研究還處于起步階段。Luh Peter B等以延期/提前懲罰、準(zhǔn)時(shí)交貨和庫(kù)存成本優(yōu)化為目標(biāo)函數(shù)，以工序、庫(kù)存和生產(chǎn)能力為約束條件，將線性規(guī)劃、拉格朗日松弛法、隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法等相結(jié)合求解模型［2］;Guide等針對(duì)再制造系統(tǒng)的不確定性和復(fù)雜性，在仿真模型的基礎(chǔ)上，對(duì)拆卸執(zhí)行機(jī)制和優(yōu)先派遣規(guī)則進(jìn)行了研究［3］;Li Yongjian等以批量制造/再制造為研究對(duì)象，在有限時(shí)間內(nèi)的確定性時(shí)變需求框架下，利用遺傳算法結(jié)合動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法確定批量制造/再制造發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)、新品需求量和再制造回收產(chǎn)品的最佳數(shù)量［4］。張紅宇等針對(duì)廢舊品再制造工藝路線不確定的特性，提出了一種基于可變長(zhǎng)工序編碼方法的改進(jìn)遺傳算法［5］。分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的各種方法都是假定再制造系統(tǒng)為某種情況下的調(diào)度優(yōu)化，無(wú)法滿足再制造系統(tǒng)動(dòng)態(tài)多變的特性。短期內(nèi)提出一種能夠突破現(xiàn)有計(jì)算條件滿足再制造系統(tǒng)各種復(fù)雜性調(diào)度環(huán)境的算法并不現(xiàn)實(shí);但另一方面，基于各種假設(shè)的再制造調(diào)度理論，特別是傳統(tǒng)制造的調(diào)度理論已經(jīng)相當(dāng)豐富，如果設(shè)計(jì)出一種能夠集成不同調(diào)度方法，充分發(fā)揮各種調(diào)度方法自身優(yōu)勢(shì)的調(diào)度模式將是不錯(cuò)的選擇?；谶@一出發(fā)點(diǎn)，筆者提出了再制造系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)度原理。

1 再制造系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)度的流程

再制造系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)度的基本流程如圖1所示。

Step1.根據(jù)再制造系統(tǒng)調(diào)度問(wèn)題描述，再制造系統(tǒng)調(diào)度方法匹配識(shí)別系統(tǒng)判別當(dāng)前調(diào)度方法庫(kù)中的調(diào)度方法與擬解決調(diào)度問(wèn)題的相同匹配性。如匹配，則轉(zhuǎn)Step4;否則，轉(zhuǎn)Step2;

Step2.再制造系統(tǒng)調(diào)度方法匹配識(shí)別系統(tǒng)判別當(dāng)前調(diào)度方法庫(kù)中的調(diào)度方法與擬解決調(diào)度問(wèn)題的相似匹配性。如匹配，則轉(zhuǎn)Step3;否則，轉(zhuǎn)Step5;

Step3.提取相似調(diào)度方法，并根據(jù)擬解決調(diào)度問(wèn)題與所提取調(diào)度方法的差異，由再制造系統(tǒng)調(diào)度專(zhuān)家系統(tǒng)推理生成候選調(diào)度方法;

Step4.在當(dāng)前調(diào)度方法庫(kù)中提取擬解決調(diào)度問(wèn)題的候選調(diào)度方法;

Step5.根據(jù)再制造系統(tǒng)調(diào)度問(wèn)題描述，建立該調(diào)度問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，并從調(diào)度算法庫(kù)中提取相應(yīng)調(diào)度算法求解數(shù)學(xué)模型，形成候選調(diào)度方法;

Step6.對(duì)所生成的候選調(diào)度方法，進(jìn)行再制造系統(tǒng)調(diào)度性能競(jìng)爭(zhēng)性指標(biāo)和可持續(xù)性指標(biāo)評(píng)價(jià)，如符合要求，則轉(zhuǎn)Step7;否則，轉(zhuǎn)Step1;

Step7.輸出擬解決調(diào)度問(wèn)題的最佳調(diào)度方法，并將新產(chǎn)生的調(diào)度方法存入當(dāng)前的調(diào)度方法庫(kù)中。

從再制造系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)度流程可以看出:對(duì)于一個(gè)擬解決的調(diào)度問(wèn)題，可通過(guò)3種途徑使其得到最佳調(diào)度結(jié)果:首先在調(diào)度方法庫(kù)中檢索是否存在完全相同的調(diào)度問(wèn)題，若存在，直接調(diào)用即可，若不存在，將與之相似的調(diào)度問(wèn)題提取出來(lái)，通過(guò)專(zhuān)家推理來(lái)求解。如果擬解決的調(diào)度問(wèn)題在調(diào)度方法庫(kù)中找不到相似的調(diào)度問(wèn)題，則需要從新建立調(diào)度模型，提取相應(yīng)調(diào)度算法求解模型。無(wú)論哪種方法都需要通過(guò)調(diào)度方案評(píng)價(jià)來(lái)決定是否采用。

2 再制造系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)度的原型系統(tǒng)框架

根據(jù)再制造系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)度工作流程，其原型調(diào)度系統(tǒng)框架可包括4個(gè)層次:界面層、功能層、模塊層和數(shù)據(jù)庫(kù)層，如圖2所示。

(1)用戶接口界面 提供圖形化的人機(jī)接口界面，使用人員根據(jù)系統(tǒng)提示填寫(xiě)相應(yīng)內(nèi)容并點(diǎn)擊相關(guān)按鈕就可完成操作。

(2)功能層 包括調(diào)度問(wèn)題的生成、相同調(diào)度方法的提取、相似調(diào)度方法推理、新調(diào)度方法的生成以及調(diào)度方案評(píng)價(jià)等5部分。系統(tǒng)根據(jù)生成的調(diào)度問(wèn)題，選擇采用提取、推理或生成機(jī)制，最后根據(jù)調(diào)度方案評(píng)價(jià)系統(tǒng)，確定最優(yōu)調(diào)度方案。

(3)模塊層 和功能層相對(duì)應(yīng)。每個(gè)大的模塊下面又分解為多個(gè)子模塊，通過(guò)模塊間的信息交互實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。在評(píng)價(jià)模塊中包括競(jìng)爭(zhēng)性指標(biāo)評(píng)價(jià)和可持續(xù)性指標(biāo)評(píng)價(jià)，競(jìng)爭(zhēng)性指標(biāo)包括生產(chǎn)周期、生產(chǎn)成本和加工質(zhì)量等因素，可持續(xù)性指標(biāo)包括資源消耗和環(huán)境影響兩個(gè)因素。

(4)數(shù)據(jù)庫(kù)層 存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行所需要的各種數(shù)據(jù)。調(diào)度方法庫(kù)存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)不同調(diào)度問(wèn)題的調(diào)度實(shí)例;調(diào)度算法庫(kù)在求解新建立的模型時(shí)調(diào)用;調(diào)度推理知識(shí)庫(kù)用來(lái)推理相似的調(diào)度問(wèn)題，再制造工藝方案庫(kù)存儲(chǔ)不同失效形式對(duì)應(yīng)的工藝方案，該庫(kù)在生成調(diào)度問(wèn)題時(shí)調(diào)用，此外，還有調(diào)度方案評(píng)價(jià)庫(kù)等。每一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊實(shí)現(xiàn)不斷的自我完善和更新操作。

3 再制造系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)度的關(guān)鍵技術(shù)

再制造系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)度的關(guān)鍵技術(shù)如圖3所示，結(jié)合該圖可以看出，實(shí)現(xiàn)再制造系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)度有4大關(guān)鍵技術(shù):

(1)建立體現(xiàn)再制造系統(tǒng)不確定性的模型 利用Petri網(wǎng)對(duì)分布、并發(fā)過(guò)程及對(duì)研究對(duì)象的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行有效分析的特性，建立再制造系統(tǒng)的賦時(shí)隨機(jī)Petri網(wǎng)模型，來(lái)研究再制造系統(tǒng)諸多不確定性之間的相互制約關(guān)系。由于廢舊零件的可再制造性難以確定，這種不確定性使得到達(dá)再制造系統(tǒng)(狹義)的可再制造的廢舊零部件的速率不確定，這可借鑒排隊(duì)系統(tǒng)中顧客到達(dá)速率的不確定性來(lái)研究，引入隨機(jī)特性和排隊(duì)論對(duì)影響調(diào)度問(wèn)題的不確定因素進(jìn)行仿真研究，探尋再制造系統(tǒng)不確定性因素對(duì)調(diào)度優(yōu)化的影響規(guī)律。這是研究再制造系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)度的前提。

(2)調(diào)度方法的匹配識(shí)別與提取 此問(wèn)題的關(guān)鍵是研究再制造系統(tǒng)調(diào)度問(wèn)題描述的表示方法、建立再制造系統(tǒng)調(diào)度問(wèn)題描述的表示模型、研究再制造系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)度方法匹配識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等，其結(jié)構(gòu)可由分形神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Fractal neural network，F(xiàn)NN)和模糊邏輯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Fuzzy Logic neural network，F(xiàn)LNN)組成。FNN用于計(jì)算再制造系統(tǒng)調(diào)度方法組成庫(kù)中現(xiàn)有調(diào)度方法對(duì)應(yīng)的調(diào)度問(wèn)題與擬求的調(diào)度問(wèn)題的匹配性值，F(xiàn)LNN用于判別二者的相似度。

(3)自適應(yīng)調(diào)度專(zhuān)家系統(tǒng)推理 研究自適應(yīng)調(diào)度推理專(zhuān)家系統(tǒng)的原理，這里的關(guān)鍵點(diǎn)是再制造系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)度方法特征識(shí)別方法、調(diào)度方法推理知識(shí)獲取方法、調(diào)度方法推理知識(shí)表示方法、基于拓?fù)涞恼{(diào)度推理方法和調(diào)度方法推理專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì);研究自適應(yīng)調(diào)度推理優(yōu)化問(wèn)題，應(yīng)用動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法建立推理優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，鑒于調(diào)度問(wèn)題可有調(diào)度目標(biāo)和約束條件組成，采用分層推理機(jī)制，在先保持約束條件不變的情況下，推理相同調(diào)度目標(biāo)的調(diào)度優(yōu)化，然后在目標(biāo)相同的情況下，根據(jù)不確定性間的內(nèi)在關(guān)系及其對(duì)調(diào)度優(yōu)化的影響規(guī)律，通過(guò)約束變化來(lái)適應(yīng)不同的調(diào)度問(wèn)題。

(4)建立再制造系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)度的性能評(píng)估體系。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了再制造系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)度的概念，從工作流程、原型系統(tǒng)框架和關(guān)鍵技術(shù)3個(gè)方面對(duì)其原理進(jìn)行了探討。盡管建立完善的自適應(yīng)調(diào)度數(shù)據(jù)庫(kù)需要較長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累，但對(duì)于再制造系統(tǒng)動(dòng)態(tài)多變的特性，再制造系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)度無(wú)疑是一種切實(shí)可行的方法。

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