具有学习退化效应的TFT-LCD多目标调度研究

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ELECTRONICS WORLD・
探索与观察
TFT-LCD生产调度是一个柔性制造系统调度问题，由于TFT-LCD产品拥有多个种类，且不同种类产品所使用的加工工艺也存在一定的差异性，导致调度排程的难度大幅度提升。

同时，电子产品的寿命周期普遍较短，这也对生产安排提出了更高的要求。

基于此，本文将就具有学习退化效应的TFT-LCD多目标调度进行探讨研究，希望可以实现生产效率的提升。

前言：薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）是一种应用十分广泛的平板显示器，具有制造成本低、亮度高、视野广、解析度高等多方面的优点。

近些年来，随着市场需求的快速提升，现有的TFT-LCD生产流程由于生产效率偏低，已经无法满足市场需求，加之TFT-LCD生产设备造价较高且生产过程中存在许多不确定因素，因
此研究如何合理安排其生产具有十分重要的意义。

1.学习退化效应模型分析
学习效应是机器普遍具有的特性，基于此，随着机器持续作业时间的增长，每个工件加工所需的时间会逐步缩短，且少于给定的时间。

换而言之，生产安排靠口的工件加工消耗的时间相对更少。

但在实际生产中，需要保障每个工件在同一时刻只在一台机器上加工，因此会出现部分机器处于闲置的情况。

在这样的情况下，工件在加工前可能需要等待一定的时间，随着等待时间的增长，工件实际加工时间也会增加，这就是退化效应。

反之，如果一台机器在加工作业中，所有工件都不存在等待时间，则该机器上不存在退化效应。

在作业车间调度中，学习和退化这两种效应同时存在。

目前，国内外学者已经在学习退化效应领域取得了不少研究成果，根据现有成果来看，学习退化效应和工件加工位置以及加工等待时间存在着紧密的联系。

本文基于道格拉斯生产函数，提出学习退化模型：Pirh=Pih·ra·tbih，i，r=1，···，n；h=1，···，m
在上式中，Pih为工件基本加工时间、Pirh为工件实际加工时间，r为工件的加工位置，tbih为工件在h机器上的加工等待时间。

此外，a为学习效应因子（a≤0），a=lgl/lg2，其中l为学习率。

b为退化效应因子，处于[0,1]区间内。

在将以上模型用于实际调度时，必须要意识到，针对不同的加工机器，其学习率和退化效应因子也存在一定的差异性。

在学习率固定不变的情况下，随着退化效应因子的增加，目标函数值也会持续提升。

2.具有学习退化效应的TFT-LCD模组段调度研究
基于上文中提出的学习退化效应模型，构建适应TFT-LCD的多目标调度模型，以最大完成时间的最小化Tmax、加权延误时间的最小化T tard-w、机器空闲时间的最小化为T wait三个目标函数，借助混沌烟花算法进行求解。

结合不同学习率和退化因子下求解实际生产数据所得的帕累托非劣解集来看，在退化因子固定的情况下，随着学习率的降低，最大完成时间也会出现下降，相应的工件加权延误时间也出现一定的降低。

在学习率数值为0.6时，基本上不存在加权延误时间。

在学习率固定的情况下，随着退化因子的增加，最大完成时间会呈现出持续提升的趋势。

出现以上现象的原因如下：一方面，随着学习率的降低，学习效应会出现增强，机器学习能力提升，工件加工消耗时间以及生产周期都会出现下降。

另一方面，随着退化因子的增加，生产退化效应增强，工件加工消耗时间和生产周期都会出现提升。

在多目标调度优化模型中，学习率和退化因子都会对目标函数值产生影响。

在此基础上采用与原点的空间几何距离对非劣解进行衡量，以此综合三个目标值对调度方案的影响。

非劣解和原点之间的距离越大，说明调度方案求得的最大完成时间、机器等待时间或是工件加权延期时间越长。

当学习率为0.6，0.7，0.8，0.9，1.0时，与之对应的退化因子分别为0.4，0.3，0.2，0.1，0。

如下表所示，不同对应组学习率和退化因子下帕累托非劣解和原点之间的距离以及独立运行一次所求解的个数。

表1 不同对应组学习率和退化因子下求得解与原点距离以及解的个数
基于表1中的绘制空间几何距离图可知，在退化因子固定时，学习率越低，距离越短，这说明生产消耗时间出现减少。

当学习率固定时，退化因子越大，距离越长，这说明需要更多的时间安排生产。

如图1所示，学习率为0.8，退化因子为0.2
时的调度方案。

图1 学习率为0.8，退化因子为0.2时的调度方案结合图1来看，随着机器运行时间的增长，工件实际完成时间也出现了一定的变化。

其中工件1第一道工序在机器1上的实际加工时间和第二道工序在机器3上的实际加工时间均为16。

工件2第一道工序在机器2上的实际加工时间为16.8，第二道工序在机器4上的实际加工时间为14.4。

工件4第二道工序在机器2上的实际加工时间为9.8，第三道工序在机器4上的实际加工时间为8.4。

总的来看，工件1加工完成共花费时间61，工件2为56.7，工件4为65.1。

工件3和5则没有变化。

而且，工件2第一道工序在机器2上的实际加工时间缩短，使得其第二道工序在机器4上加工时不存在等待时间。

结语：通过本文研究可知，学习效应会提升加工效率、退化效应会降低加工效率。

在学习效应固定不变的情况下，退化因子越大，加工效率越低。

当退化效应固定不变的，学习率越低，加工效率越高。

参考：包晓晓，具有学习退化效应的TFT-LCD多目标调度研究：上海理工大学，2017；吴思思，叶春明，李瑞婷，具有学习退化效应的TFT-LCD面板成盒多目标调度问题研究：上海理工大学学报，2018；吴思思，叶春明，李瑞婷，具有行为效应的TFT-LCD模块组装多目标调度研究：计算机应用研究，2018。

作者简介：施金华（1986—），男，汉族，江西九江人，毕业于河南工业大学。