王 輝，張嘉薇，羅萌萌，何浩浩，吐列克·杰恩斯別克，戴 敏

(揚(yáng)州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

0 引言

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與智能制造的飛速發(fā)展，科技輔助使人類制造能力越來(lái)越強(qiáng)大[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2019年，全球制造業(yè)引領(lǐng)的物聯(lián)網(wǎng)投資支出高達(dá)一千八百億美元，這表明工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和智能制造是未來(lái)制造企業(yè)發(fā)展方向[2]。許多中小型企業(yè)為了提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)水平，逐漸從傳統(tǒng)的管理和生產(chǎn)模式向基于物聯(lián)網(wǎng)的智能管理和智能控制模式轉(zhuǎn)變。

目前，工程科技的發(fā)展不斷創(chuàng)新，自Mathworks公司于1984年開發(fā)MATLAB軟件，無(wú)數(shù)的研究者們利用其進(jìn)行科學(xué)仿真和算法開發(fā)并廣泛應(yīng)用于電子信息、航空航天等領(lǐng)域[3,4]。其中MATLAB中的圖形用戶界面模塊為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了便捷高效的開發(fā)環(huán)境[5]。本文針對(duì)某企業(yè)具體生產(chǎn)情況，基于MATLAB圖形用戶界面設(shè)計(jì)了企業(yè)生產(chǎn)車間調(diào)度系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)車間調(diào)度的仿真(如甘特圖等)。

1 生產(chǎn)車間調(diào)度系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)主要分為四個(gè)功能模塊，分別為賬戶管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)仿真和結(jié)果展示模塊。具體的車間調(diào)度系統(tǒng)功能模塊如圖1所示。

圖1 車間調(diào)度系統(tǒng)的功能模塊

1.1 賬戶管理模塊功能

賬戶管理模塊的主要功能為防護(hù)系統(tǒng)的安全。用戶可以注冊(cè)新的賬戶或登錄已有的賬戶。賬戶注冊(cè)界面的基本信息包括用戶名、確認(rèn)密碼、再次確認(rèn)密碼、手機(jī)號(hào)、驗(yàn)證碼等。賬戶登錄界面基本信息包括用戶名、登錄密碼、找回密碼服務(wù)等。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊功能

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊的功能主要分為訂單信息、機(jī)臺(tái)信息與產(chǎn)品信息。訂單信息主要包括產(chǎn)品數(shù)量、訂單交付期、訂單號(hào)和訂貨客戶信息等。機(jī)臺(tái)信息主要包括設(shè)備信息，例如設(shè)備故障狀態(tài)、設(shè)備可用狀態(tài)、設(shè)備產(chǎn)能等；產(chǎn)品信息主要包括產(chǎn)品的工藝路線、生產(chǎn)周期和工程圖等基礎(chǔ)信息。本模塊目的是方便管理員使用。

1.3 系統(tǒng)仿真模塊功能

進(jìn)入系統(tǒng)仿真階段，管理員可以在系統(tǒng)中選擇靜態(tài)調(diào)度或動(dòng)態(tài)調(diào)度。靜態(tài)調(diào)度可以選擇單目標(biāo)整批、單目標(biāo)批量、多目標(biāo)批量進(jìn)行仿真模擬。如果選擇多目標(biāo)調(diào)度類型，則應(yīng)該選擇分批，評(píng)價(jià)指標(biāo)可以選擇完工時(shí)間(Makespan)和拖期懲罰(TTC)。選擇動(dòng)態(tài)重調(diào)度則需要根據(jù)訂單測(cè)試信息填入種群大小、迭代次數(shù)、Hill系數(shù)、學(xué)習(xí)率參數(shù)和選擇率。本模塊目的是讓系統(tǒng)仿真操作更加便捷高效。

1.4 結(jié)果展示模塊功能

結(jié)果展示模塊是建立在上個(gè)模塊數(shù)據(jù)設(shè)置完畢后，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，待系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后，會(huì)彈出結(jié)果展示界面，主要顯示完工時(shí)間與設(shè)備的甘特圖與多目標(biāo)調(diào)度的pareto最優(yōu)邊界。展示的界面能夠讓管理員清晰地找出最優(yōu)調(diào)度解。

2 MATLAB圖形用戶界面設(shè)計(jì)

2.1 用戶登錄主界面設(shè)計(jì)

為了使系統(tǒng)使用便捷高效，登錄界面設(shè)計(jì)為個(gè)性化主界面，新的管理員可以點(diǎn)擊注冊(cè)按鈕注冊(cè)賬號(hào)，老管理員可以用有效的賬戶名和登錄密碼登錄系統(tǒng)。系統(tǒng)登錄成功后進(jìn)入系統(tǒng)菜單欄，可以選擇不同的下拉菜單對(duì)不同類型的調(diào)度模型進(jìn)行仿真和對(duì)車間數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)。

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)界面設(shè)計(jì)

在訂單簽署后，管理員可將訂單信息導(dǎo)入系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)排產(chǎn)，以訂單數(shù)據(jù)導(dǎo)入為例，更新之后的原數(shù)據(jù)保存到原EXCEL中，方便系統(tǒng)仿真模塊調(diào)用。

2.3 系統(tǒng)仿真界面設(shè)計(jì)

靜態(tài)調(diào)度時(shí)設(shè)置好算法參數(shù)后，可下拉菜單選擇調(diào)度類型。如果選擇單目標(biāo)調(diào)度，則評(píng)價(jià)指標(biāo)只能選擇最小完工時(shí)間，分批類型可以選擇‘是’或者‘否’；如果選擇多目標(biāo)調(diào)度類型，則應(yīng)該選擇分批，評(píng)價(jià)指標(biāo)可以選擇完工時(shí)間和拖期懲罰。其中動(dòng)態(tài)調(diào)度主要研究節(jié)插單事件擾動(dòng)下的面向該企業(yè)電容器生產(chǎn)車間的批量流柔性流水車間多目標(biāo)調(diào)度問(wèn)題(Lot Streaming Multi-Objective Flexible Flow Shop Scheduling Problem，LS-MOFFSP)重調(diào)度，點(diǎn)擊插單重調(diào)度按鈕之后再去點(diǎn)擊數(shù)據(jù)導(dǎo)入按鈕，導(dǎo)入插單數(shù)據(jù)，再點(diǎn)擊開始調(diào)度按鈕，甘特圖面板上會(huì)展示新的重調(diào)度方案。

2.4 仿真結(jié)果展示界面設(shè)計(jì)

靜態(tài)調(diào)度以多目標(biāo)LS-MOFFSP案例來(lái)測(cè)試，首先在初始界面上進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入和算法相關(guān)參數(shù)設(shè)置，然后點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，靜態(tài)調(diào)度仿真結(jié)果就在展示界面顯示出來(lái)了。動(dòng)態(tài)調(diào)度以插單重調(diào)度案例來(lái)測(cè)試，首先設(shè)置算法參數(shù)、導(dǎo)入生產(chǎn)數(shù)據(jù)，再點(diǎn)擊開始調(diào)度按鈕便可得到初始調(diào)度結(jié)果。靜態(tài)與動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果展示界面分別如圖2、圖3所示。

圖2 靜態(tài)調(diào)度仿真結(jié)果界面

圖3 動(dòng)態(tài)調(diào)度仿真結(jié)果界面

3 結(jié)論

本文利用MATLAB中的GUI模塊，設(shè)計(jì)了一種適合企業(yè)生產(chǎn)的制造車間調(diào)度系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過(guò)輸入賬號(hào)密碼的方式登錄，保護(hù)了企業(yè)生產(chǎn)信息，還可以根據(jù)訂單信息設(shè)置算法參數(shù)從而高效準(zhǔn)確地得到調(diào)度結(jié)果。通過(guò)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)調(diào)度仿真測(cè)試，結(jié)果表明利用該系統(tǒng)可得到豐富的信息量，還可以直觀地比較不同調(diào)度策略的結(jié)果，有效推動(dòng)企業(yè)管理模式和車間調(diào)度方式的革新，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。