基于MATLAB-GUI的生產車間調度系統設計*

王 輝，張嘉薇，羅萌萌，何浩浩，吐列克·杰恩斯別克，戴 敏

(揚州大學 機械工程學院，江蘇 揚州 225127)

0 引言

隨著工業物聯網與智能制造的飛速發展，科技輔助使人類制造能力越來越強大[1]。據統計，截止2019年，全球制造業引領的物聯網投資支出高達一千八百億美元，這表明工業物聯網和智能制造是未來制造企業發展方向[2]。許多中小型企業為了提高市場競爭水平，逐漸從傳統的管理和生產模式向基于物聯網的智能管理和智能控制模式轉變。

目前，工程科技的發展不斷創新，自Mathworks公司于1984年開發MATLAB軟件，無數的研究者們利用其進行科學仿真和算法開發并廣泛應用于電子信息、航空航天等領域[3,4]。其中MATLAB中的圖形用戶界面模塊為系統設計提供了便捷高效的開發環境[5]。本文針對某企業具體生產情況，基于MATLAB圖形用戶界面設計了企業生產車間調度系統，以實現車間調度的仿真(如甘特圖等)。

1 生產車間調度系統功能

本系統主要分為四個功能模塊，分別為賬戶管理、基礎數據、系統仿真和結果展示模塊。具體的車間調度系統功能模塊如圖1所示。

圖1 車間調度系統的功能模塊

1.1 賬戶管理模塊功能

賬戶管理模塊的主要功能為防護系統的安全。用戶可以注冊新的賬戶或登錄已有的賬戶。賬戶注冊界面的基本信息包括用戶名、確認密碼、再次確認密碼、手機號、驗證碼等。賬戶登錄界面基本信息包括用戶名、登錄密碼、找回密碼服務等。

1.2 基礎數據模塊功能

基礎數據模塊的功能主要分為訂單信息、機臺信息與產品信息。訂單信息主要包括產品數量、訂單交付期、訂單號和訂貨客戶信息等。機臺信息主要包括設備信息，例如設備故障狀態、設備可用狀態、設備產能等；產品信息主要包括產品的工藝路線、生產周期和工程圖等基礎信息。本模塊目的是方便管理員使用。

1.3 系統仿真模塊功能

進入系統仿真階段，管理員可以在系統中選擇靜態調度或動態調度。靜態調度可以選擇單目標整批、單目標批量、多目標批量進行仿真模擬。如果選擇多目標調度類型，則應該選擇分批，評價指標可以選擇完工時間(Makespan)和拖期懲罰(TTC)。選擇動態重調度則需要根據訂單測試信息填入種群大小、迭代次數、Hill系數、學習率參數和選擇率。本模塊目的是讓系統仿真操作更加便捷高效。

1.4 結果展示模塊功能

結果展示模塊是建立在上個模塊數據設置完畢后，點擊運行按鈕，待系統運行結束后，會彈出結果展示界面，主要顯示完工時間與設備的甘特圖與多目標調度的pareto最優邊界。展示的界面能夠讓管理員清晰地找出最優調度解。

2 MATLAB圖形用戶界面設計

2.1 用戶登錄主界面設計

為了使系統使用便捷高效，登錄界面設計為個性化主界面，新的管理員可以點擊注冊按鈕注冊賬號，老管理員可以用有效的賬戶名和登錄密碼登錄系統。系統登錄成功后進入系統菜單欄，可以選擇不同的下拉菜單對不同類型的調度模型進行仿真和對車間數據進行維護。

2.2 基礎數據界面設計

在訂單簽署后，管理員可將訂單信息導入系統進行自動排產，以訂單數據導入為例，更新之后的原數據保存到原EXCEL中，方便系統仿真模塊調用。

2.3 系統仿真界面設計

靜態調度時設置好算法參數后，可下拉菜單選擇調度類型。如果選擇單目標調度，則評價指標只能選擇最小完工時間，分批類型可以選擇‘是’或者‘否’；如果選擇多目標調度類型，則應該選擇分批，評價指標可以選擇完工時間和拖期懲罰。其中動態調度主要研究節插單事件擾動下的面向該企業電容器生產車間的批量流柔性流水車間多目標調度問題(Lot Streaming Multi-Objective Flexible Flow Shop Scheduling Problem，LS-MOFFSP)重調度，點擊插單重調度按鈕之后再去點擊數據導入按鈕，導入插單數據，再點擊開始調度按鈕，甘特圖面板上會展示新的重調度方案。

2.4 仿真結果展示界面設計

靜態調度以多目標LS-MOFFSP案例來測試，首先在初始界面上進行數據導入和算法相關參數設置，然后點擊運行按鈕，靜態調度仿真結果就在展示界面顯示出來了。動態調度以插單重調度案例來測試，首先設置算法參數、導入生產數據，再點擊開始調度按鈕便可得到初始調度結果。靜態與動態仿真結果展示界面分別如圖2、圖3所示。

圖2 靜態調度仿真結果界面

圖3 動態調度仿真結果界面

3 結論

本文利用MATLAB中的GUI模塊，設計了一種適合企業生產的制造車間調度系統。該系統可以通過輸入賬號密碼的方式登錄，保護了企業生產信息，還可以根據訂單信息設置算法參數從而高效準確地得到調度結果。通過靜態與動態調度仿真測試，結果表明利用該系統可得到豐富的信息量，還可以直觀地比較不同調度策略的結果，有效推動企業管理模式和車間調度方式的革新，具有重要的工程應用價值。