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摘要：柔性流水车间的实际生产过程中，相邻的两个工序间通常设置缓冲区用以存放在制品，其不仅可以用来存放来自上一道工序的完工工件，还可以根据实际生产需求对加工工件进行排序和分类。在大规模生产模式下，缓冲区的作用更为明显。而通常情况下由于实际生产企业流水线中，由于生产车间空间、仓储设施容量等因素限制，在生产车间只能设置容量有限的缓冲区，当生产车间出现任务需求产能波动、各个工序间的生产节拍不一致时，有限缓冲区容量容易达到其上限，使得工件不能进入缓冲区，导致出现生产堵塞的现象，进而会影响到整体的生产进程。同时，由于在生产企业中加工产品的多样化，其规格尺寸、加工工艺、存储方式的差异等原因，导致生产线中存在多种类型的有限缓冲区，本文主要讨论柔性流水车间中的多序列有限缓冲区、公共缓冲区和路由缓冲区三种复杂的有限缓冲区。对其各个的特征和在实际生产过程中工作状态进行分析，为具有有限缓冲区的柔性流水车间排产优化问题的研究打下坚实的基础。
关键词：柔性流水车间;多序列缓冲区;公共缓冲区;路由缓冲区
中图分类号：TH186 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2021）13-0009-03
Abstract：In the actual production process of the flexible flow workshop， a buffer zone is usually set up between two adjacent processes to store the products in progress. It can not only be used to store the finished parts from the previous process， but also can sort and classify the processed parts according to actual production requirements. In mass production mode， the role of the buffer zone is more obvious. In general， due to the actual production enterprise assembly line， due to factors such as production workshop space and storage facility capacity， only a buffer with limited capacity can be set in the production workshop. When the production workshop has task demand capacity fluctuations and inconsistent production tempo between various processes， the limited buffer capacity can easily reach its upper limit， so that workpieces cannot enter the buffer area， resulting in production jams， which will affect the overall production process. At the same time， due to the diversification of processed products in production enterprises， the differences in their specifications and sizes， processing techniques， storage methods and other reasons， there are many types of limited buffer zones in the production line. This article mainly discusses three complex limited buffers in the flexible flow shop： multi-sequence limited buffers， common buffers and routing buffers. The analysis of the various characteristics of the buffer zone and the working status in the actual production process and lays a solid foundation for the future research on the optimization problem of flexible flow workshop with limited buffer zone.
Key words： Flexible flow shop; multi-sequence buffer; public buffer; routing buffer
柔性流水車间排产问题一直以来都是制造企业生产车间排产优化的重要的环节之一，柔性流水车间包含着多道加工工序且每道工序都有着一台或者多台可以同时进行生产的加工设备。这种生产方式提高了整条流水线的生产效率，而在柔性流水车间的相邻两个工序间都存在着缓冲区，其作用用于存放来自上一道工序的完工工件，同时根据生产需求在其缓冲区内对工件进行排序和分类，提高整条流水线的设备利用率和生产效率。在以前关于柔性流水车间问题研究中，大多研究的是无限缓冲区问题，并侧重于对其全局算法的优化来提高整体流水线的生产效率，没有从不同种类的有限缓冲区类型方面去分析和研究。在柔性流水车间中有限缓冲区问题要比一般的无限缓冲区更为复杂，由于缓冲区内的容量限制问题，可能会使得工件无法被存入缓冲区内进行下一步的生产任务，导致工件被滞留在上一道加工工序的工位上，从而因此链式反应使得整体流水线的生产任务被堵塞，延缓了整体的生产进程。又因为加工任务的差异性，其加工方式的不同和产品规格尺寸的不同也都会使得加工任务在生产线中的各个加工时间点对于缓冲区的容量要求也有着较大的波动性。这些问题都极大地增加了柔性流水车间有限缓冲区排产问题的复杂性，所以本文通过对几种不同类型的有限缓冲区分析和研究，进一步探讨其各种类型的特点和其加工生产的状态，来为柔性流水车间有限缓冲区的排产问题建立扎实基础。 1 柔性流水车间有限缓冲区国内外研究现状
具有有限缓冲区的柔性流水车间是较为常见的一种生产方式其具有多工序、多并行机、多阶段的特点，又因为其生产资源的限制因素，其缓冲区的类型一定是容量受到限制的有限缓冲区。近些年来不少学者针对不同类型的有限缓冲区类型进行过相关研究。
对于柔性流水车间中的有限缓冲区问题，dutta等[1]提出了一种动态规划的方法，对有限缓冲区进行置换流水车间的问题起到了很好的解决作用。谭民[2]优化cims生产线缓冲区的容量，提出拉格朗日乘子优化算法和启动式优化算法，得到满意结果。Almeder C ， Hartl R F[3]提出了以变量邻域搜索为基础的解决方法，即以变量邻域搜索为基础的解决方法，以变量邻域搜索为基础的生产最佳计划提供了解决方法。黄建中[4]提出了一种针对汽车车辆的调度系统，用于解决汽车行业生产过程中多车型的调度不灵活问题。韩玉艳[5]针对带有限缓冲区的多批量流水线调度问题，采用NSGA-II算法进行求解，改进了算法的全局探索和局部开发能力。实验结果该算法具有有效性。徐震浩[6]提出了一种基于Pareto最优的广义萤火虫算法用于解决有限缓冲区的多目标调度问题。通过算例验证了算法的有效性。蒋珉[7]研究一类带有有限缓冲区的多生产线协调生产计划模型，通过对非线性目标函数进行约束化为线性函数来解决模型及使用算法的有效性。王凌[8]提出了一种多搜索模式遗传算法用于解决有限缓冲区流水线调度问题。基于典型算例的仿真和比较研究验证了算法的有效性。谢展鹏[9]提出了一种基于变领域搜索策略的Memetic算法用于解决有限缓冲区中流水线调度问题，将模拟退火算法作为局部搜索方法，增强算法搜索能力。通过实验数据验证其算法具有有效性。王炳刚[10]提出一种基于遗传算法和模拟退火算法相结合的混合算法用来求解具有有限缓冲区的多并行机问题，通过计算结果进行比较，证明了算法的可行性。
通过分析上述学者的研究成果可知，目前有缓冲区的研究多侧重于全局优化算法方面的研究，将全局优化算法与其他种类的算法相结合，用来改进算法的寻优能力，而对于多种类型的复杂有限缓冲区研究较少，本文综合介绍了多序列缓冲区、公共缓冲区和路由缓冲区的特点和特征，对其运行的生产状态进行分析，为其进一步探讨优化排产问题奠定坚实基础。
2 柔性流水车间有限缓冲区类型分析
（1）多序列有限缓冲区
多序列缓冲区是在柔性流水车间有限缓冲区中增添容量受限的等待加工序列，其完工工件按照先入先出原则，在有限缓冲区内存在多个并行的待加工序列，对于每个序列工件都是从一侧进入等待排队，然后从另一侧移出。若在该有限缓冲区内的待加工序列容量达到上限时，会出现完工工件被滞留在上一道工序的加工工位中，进而出现生产堵塞的现象。当工件进入多序列缓冲区时，一般选择多个序列中包含最少的工件数的序列进入，当工件移出多序列缓冲区时，可以根据局部调度规则动态选择并行序列中最早进入该序列的工件进入下一道工序进行加工。多序列有限缓冲区生产线模型如图1所示。
（2）公共缓冲区
公共缓冲区是在柔性流水车间有限缓冲区存在的条件下增设一个公共的缓冲区，公共缓冲区的存储空间可以存放流水线中任意工序中的完工工件，完工工件被送入指定有限缓冲区时会存在当前有限缓冲区空间已满，无法被移入有限缓冲区的情况，常会导致生产堵塞现象的出现，此时可将被滞留在加工工位上的完工工件送入公共缓冲区内进行暂时存放，避免生产堵塞现象的出现，当有限缓冲区内的待加工工件被送入下一道工序进行加工时，其存储空间被释放，这时可以将暂存在公共缓冲区内的工件送回指定的有限缓冲区，等待进行下一道工序的生产。具有有限缓冲区和公共缓冲区的生产线模型如图2所示。
（3）路由缓冲区
路由缓冲区是在柔性流水车间中某相邻的两个特定工序间增设特殊缓冲区，其缓冲区允许有着多个并行地向前移动的通道用来运输加工工件，在纵向向前运输工件的同时，在并行通道间还存在着横向移动的平移车，可以将两个并行纵向运输的通道间的加工工件进行横向水平移动，这种有着并行纵向运输通道和平移车所组成的网格式缓冲区被称为路由缓冲区，因为该缓冲区可以滿足在向前运输的同时根据实时的生产进程将加工工件进行平移移动，其在运输过程中有着路径选择的特点，因此，在制品在路由缓冲区中的移动过程较为复杂。路由缓冲区生产线模型如图3所示。
3 结语
本文通过分析柔性流水车间有限缓冲区中多序列有限缓冲区问题、公共缓冲区问题和路由缓冲区问题的研究，为解决柔性流水车间中多种类型的有限缓冲区排产优化问题提供了研究基础。针对目前主流的几种有限缓冲区中的生产特点进行阐述分析，随着智能制造技术的发展，相信柔性流水车间中多种类型的有限缓冲区问题的理论、方法和应用研究都将得到发展和完善。
参考文献：
[1] Dutta S K，Cunningham A A.Sequencing two-machine flow-shops with finite intermediate storage[J].Management Science，1975，21（9）：989-996.
[2] 谭民.缓冲区容量的优化分配[J].控制与决策，1992，7（5）：386-389，348.
[3] Almeder C， Hartl R F. A metaheuristic optimization approach for a real-world stochastic flexible flow shop problem with limited buffer[J].International Journal of Production Economics， 2013， 145（1）：88-95.
[4] 黄建中，徐立辉，韩忠华.汽车行业有限缓冲区车辆调度系统设计与研究[J].科技广场，2016（8）：37-40.
[5] 韩玉艳，李俊青，桑红燕，等.离散NSGA-Ⅱ求解带有限缓冲区的多目标批量流水线调度问题[J].聊城大学学报（自然科学版），2018，31（1）：89-96.
[6] 徐震浩，李继明，顾幸生.基于GMOGSO的多目标流水车间调度问题[J].控制与决策，2016，31（10）：1772-1778.
[7] 蒋珉，王廷平，严洪森.含有限缓冲区的多生产线协调生产计划的研究[J].东南大学学报（自然科学版），2004，34（5）：632-637.
[8] 王凌，张亮.有限缓冲区流水线调度的多搜索模式遗传算法[J].计算机集成制造系统，2005，11（7）：1041-1046.
[9] 谢展鹏，张超勇，邵新宇，等.基于Memetic算法的有限缓冲区流水车间调度问题[J].计算机集成制造系统，2015，21（5）：1253-1261.
[10] 王炳刚，饶运清，邵新宇，等.带有限中间缓冲区的多级并行机问题的求解[J].华中科技大学学报（自然科学版），2009，37（5）：86-89.
【通联编辑：梁书】
关键词：柔性流水车间;多序列缓冲区;公共缓冲区;路由缓冲区
中图分类号：TH186 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2021）13-0009-03
Abstract：In the actual production process of the flexible flow workshop， a buffer zone is usually set up between two adjacent processes to store the products in progress. It can not only be used to store the finished parts from the previous process， but also can sort and classify the processed parts according to actual production requirements. In mass production mode， the role of the buffer zone is more obvious. In general， due to the actual production enterprise assembly line， due to factors such as production workshop space and storage facility capacity， only a buffer with limited capacity can be set in the production workshop. When the production workshop has task demand capacity fluctuations and inconsistent production tempo between various processes， the limited buffer capacity can easily reach its upper limit， so that workpieces cannot enter the buffer area， resulting in production jams， which will affect the overall production process. At the same time， due to the diversification of processed products in production enterprises， the differences in their specifications and sizes， processing techniques， storage methods and other reasons， there are many types of limited buffer zones in the production line. This article mainly discusses three complex limited buffers in the flexible flow shop： multi-sequence limited buffers， common buffers and routing buffers. The analysis of the various characteristics of the buffer zone and the working status in the actual production process and lays a solid foundation for the future research on the optimization problem of flexible flow workshop with limited buffer zone.
Key words： Flexible flow shop; multi-sequence buffer; public buffer; routing buffer
柔性流水車间排产问题一直以来都是制造企业生产车间排产优化的重要的环节之一，柔性流水车间包含着多道加工工序且每道工序都有着一台或者多台可以同时进行生产的加工设备。这种生产方式提高了整条流水线的生产效率，而在柔性流水车间的相邻两个工序间都存在着缓冲区，其作用用于存放来自上一道工序的完工工件，同时根据生产需求在其缓冲区内对工件进行排序和分类，提高整条流水线的设备利用率和生产效率。在以前关于柔性流水车间问题研究中，大多研究的是无限缓冲区问题，并侧重于对其全局算法的优化来提高整体流水线的生产效率，没有从不同种类的有限缓冲区类型方面去分析和研究。在柔性流水车间中有限缓冲区问题要比一般的无限缓冲区更为复杂，由于缓冲区内的容量限制问题，可能会使得工件无法被存入缓冲区内进行下一步的生产任务，导致工件被滞留在上一道加工工序的工位上，从而因此链式反应使得整体流水线的生产任务被堵塞，延缓了整体的生产进程。又因为加工任务的差异性，其加工方式的不同和产品规格尺寸的不同也都会使得加工任务在生产线中的各个加工时间点对于缓冲区的容量要求也有着较大的波动性。这些问题都极大地增加了柔性流水车间有限缓冲区排产问题的复杂性，所以本文通过对几种不同类型的有限缓冲区分析和研究，进一步探讨其各种类型的特点和其加工生产的状态，来为柔性流水车间有限缓冲区的排产问题建立扎实基础。 1 柔性流水车间有限缓冲区国内外研究现状
具有有限缓冲区的柔性流水车间是较为常见的一种生产方式其具有多工序、多并行机、多阶段的特点，又因为其生产资源的限制因素，其缓冲区的类型一定是容量受到限制的有限缓冲区。近些年来不少学者针对不同类型的有限缓冲区类型进行过相关研究。
对于柔性流水车间中的有限缓冲区问题，dutta等[1]提出了一种动态规划的方法，对有限缓冲区进行置换流水车间的问题起到了很好的解决作用。谭民[2]优化cims生产线缓冲区的容量，提出拉格朗日乘子优化算法和启动式优化算法，得到满意结果。Almeder C ， Hartl R F[3]提出了以变量邻域搜索为基础的解决方法，即以变量邻域搜索为基础的解决方法，以变量邻域搜索为基础的生产最佳计划提供了解决方法。黄建中[4]提出了一种针对汽车车辆的调度系统，用于解决汽车行业生产过程中多车型的调度不灵活问题。韩玉艳[5]针对带有限缓冲区的多批量流水线调度问题，采用NSGA-II算法进行求解，改进了算法的全局探索和局部开发能力。实验结果该算法具有有效性。徐震浩[6]提出了一种基于Pareto最优的广义萤火虫算法用于解决有限缓冲区的多目标调度问题。通过算例验证了算法的有效性。蒋珉[7]研究一类带有有限缓冲区的多生产线协调生产计划模型，通过对非线性目标函数进行约束化为线性函数来解决模型及使用算法的有效性。王凌[8]提出了一种多搜索模式遗传算法用于解决有限缓冲区流水线调度问题。基于典型算例的仿真和比较研究验证了算法的有效性。谢展鹏[9]提出了一种基于变领域搜索策略的Memetic算法用于解决有限缓冲区中流水线调度问题，将模拟退火算法作为局部搜索方法，增强算法搜索能力。通过实验数据验证其算法具有有效性。王炳刚[10]提出一种基于遗传算法和模拟退火算法相结合的混合算法用来求解具有有限缓冲区的多并行机问题，通过计算结果进行比较，证明了算法的可行性。
通过分析上述学者的研究成果可知，目前有缓冲区的研究多侧重于全局优化算法方面的研究，将全局优化算法与其他种类的算法相结合，用来改进算法的寻优能力，而对于多种类型的复杂有限缓冲区研究较少，本文综合介绍了多序列缓冲区、公共缓冲区和路由缓冲区的特点和特征，对其运行的生产状态进行分析，为其进一步探讨优化排产问题奠定坚实基础。
2 柔性流水车间有限缓冲区类型分析
（1）多序列有限缓冲区
多序列缓冲区是在柔性流水车间有限缓冲区中增添容量受限的等待加工序列，其完工工件按照先入先出原则，在有限缓冲区内存在多个并行的待加工序列，对于每个序列工件都是从一侧进入等待排队，然后从另一侧移出。若在该有限缓冲区内的待加工序列容量达到上限时，会出现完工工件被滞留在上一道工序的加工工位中，进而出现生产堵塞的现象。当工件进入多序列缓冲区时，一般选择多个序列中包含最少的工件数的序列进入，当工件移出多序列缓冲区时，可以根据局部调度规则动态选择并行序列中最早进入该序列的工件进入下一道工序进行加工。多序列有限缓冲区生产线模型如图1所示。
（2）公共缓冲区
公共缓冲区是在柔性流水车间有限缓冲区存在的条件下增设一个公共的缓冲区，公共缓冲区的存储空间可以存放流水线中任意工序中的完工工件，完工工件被送入指定有限缓冲区时会存在当前有限缓冲区空间已满，无法被移入有限缓冲区的情况，常会导致生产堵塞现象的出现，此时可将被滞留在加工工位上的完工工件送入公共缓冲区内进行暂时存放，避免生产堵塞现象的出现，当有限缓冲区内的待加工工件被送入下一道工序进行加工时，其存储空间被释放，这时可以将暂存在公共缓冲区内的工件送回指定的有限缓冲区，等待进行下一道工序的生产。具有有限缓冲区和公共缓冲区的生产线模型如图2所示。
（3）路由缓冲区
路由缓冲区是在柔性流水车间中某相邻的两个特定工序间增设特殊缓冲区，其缓冲区允许有着多个并行地向前移动的通道用来运输加工工件，在纵向向前运输工件的同时，在并行通道间还存在着横向移动的平移车，可以将两个并行纵向运输的通道间的加工工件进行横向水平移动，这种有着并行纵向运输通道和平移车所组成的网格式缓冲区被称为路由缓冲区，因为该缓冲区可以滿足在向前运输的同时根据实时的生产进程将加工工件进行平移移动，其在运输过程中有着路径选择的特点，因此，在制品在路由缓冲区中的移动过程较为复杂。路由缓冲区生产线模型如图3所示。
3 结语
本文通过分析柔性流水车间有限缓冲区中多序列有限缓冲区问题、公共缓冲区问题和路由缓冲区问题的研究，为解决柔性流水车间中多种类型的有限缓冲区排产优化问题提供了研究基础。针对目前主流的几种有限缓冲区中的生产特点进行阐述分析，随着智能制造技术的发展，相信柔性流水车间中多种类型的有限缓冲区问题的理论、方法和应用研究都将得到发展和完善。
参考文献：
[1] Dutta S K，Cunningham A A.Sequencing two-machine flow-shops with finite intermediate storage[J].Management Science，1975，21（9）：989-996.
[2] 谭民.缓冲区容量的优化分配[J].控制与决策，1992，7（5）：386-389，348.
[3] Almeder C， Hartl R F. A metaheuristic optimization approach for a real-world stochastic flexible flow shop problem with limited buffer[J].International Journal of Production Economics， 2013， 145（1）：88-95.
[4] 黄建中，徐立辉，韩忠华.汽车行业有限缓冲区车辆调度系统设计与研究[J].科技广场，2016（8）：37-40.
[5] 韩玉艳，李俊青，桑红燕，等.离散NSGA-Ⅱ求解带有限缓冲区的多目标批量流水线调度问题[J].聊城大学学报（自然科学版），2018，31（1）：89-96.
[6] 徐震浩，李继明，顾幸生.基于GMOGSO的多目标流水车间调度问题[J].控制与决策，2016，31（10）：1772-1778.
[7] 蒋珉，王廷平，严洪森.含有限缓冲区的多生产线协调生产计划的研究[J].东南大学学报（自然科学版），2004，34（5）：632-637.
[8] 王凌，张亮.有限缓冲区流水线调度的多搜索模式遗传算法[J].计算机集成制造系统，2005，11（7）：1041-1046.
[9] 谢展鹏，张超勇，邵新宇，等.基于Memetic算法的有限缓冲区流水车间调度问题[J].计算机集成制造系统，2015，21（5）：1253-1261.
[10] 王炳刚，饶运清，邵新宇，等.带有限中间缓冲区的多级并行机问题的求解[J].华中科技大学学报（自然科学版），2009，37（5）：86-89.
【通联编辑：梁书】