本發(fā)明涉及鋼構(gòu)件生產(chǎn)及優(yōu)化調(diào)度領(lǐng)域，具體涉及一種融合齊套性與設(shè)備資源約束的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)智能調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

1、為順應(yīng)模型驅(qū)動(dòng)的鋼構(gòu)件設(shè)計(jì)生產(chǎn)趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)鋼構(gòu)件的全生產(chǎn)周期智能化，需要建立高效、智能的構(gòu)件生產(chǎn)調(diào)度機(jī)制。鋼構(gòu)件通常由主體與若干部件組成，需依次經(jīng)過(guò)下料、坡口、組立、埋弧焊、端面銑床、總裝、打磨、拋丸涂裝等多個(gè)工序，加工流程復(fù)雜。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，鋼構(gòu)件面臨零件齊套性約束等多種復(fù)雜約束。即構(gòu)件的所有母材鋼板需通過(guò)不同下料方案統(tǒng)一切割獲得，且同一構(gòu)件所需的零件可能分布在多個(gè)套料方案中，因此只有當(dāng)構(gòu)件所需的全部零件均已下料完成后，才能進(jìn)入后續(xù)加工流程。

2、此外，鋼構(gòu)件生產(chǎn)還具有以下約束：同一構(gòu)件的主體與部件需在總裝工序匯總拼裝；構(gòu)件間存在多層次的加工依賴；部分工序可選多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行加工，且不同設(shè)備加工時(shí)間不一致。傳統(tǒng)調(diào)度方法難以滿足上文提到的復(fù)雜約束，導(dǎo)致排產(chǎn)方案可行性差、資源利用率低、交付周期長(zhǎng)等問(wèn)題。

3、針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提出一種考慮零件齊套約束的、基于復(fù)合染色體遺傳算法的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)智能調(diào)度方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種融合齊套性與設(shè)備資源約束的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)智能調(diào)度方法，以解決鋼結(jié)構(gòu)工廠中由于零件齊套性約束、加工工序復(fù)雜等因素造成的調(diào)度困難問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種融合齊套性與設(shè)備資源約束的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)智能調(diào)度方法，包括以下步驟：

3、s1信息獲取與預(yù)處理：獲取鋼構(gòu)件生產(chǎn)相關(guān)信息；

4、s2構(gòu)建調(diào)度模型：基于步驟s1所獲取的信息，結(jié)合零件齊套性與實(shí)際生產(chǎn)的約束條件，建立鋼構(gòu)件生產(chǎn)調(diào)度模型；

5、s3：通過(guò)染色體編碼機(jī)制，結(jié)合復(fù)合染色體遺傳算法對(duì)步驟s2建立的調(diào)度模型進(jìn)行求解；

6、s4：輸出鋼構(gòu)件優(yōu)化調(diào)度方案。

7、作為優(yōu)選，步驟s1中信息包括產(chǎn)線信息、pbom信息、套料優(yōu)化信息、工序定額時(shí)間、生產(chǎn)進(jìn)度狀態(tài)、生產(chǎn)排產(chǎn)計(jì)劃；

8、所述產(chǎn)線信息包括日期、產(chǎn)線名稱、包含工序、設(shè)備編號(hào)、設(shè)備類型、計(jì)劃工作時(shí)長(zhǎng)、有效工作時(shí)長(zhǎng)、人員配置數(shù)量、工種；

9、所述pbom信息包括構(gòu)件編號(hào)、加工工序、加工次數(shù)、輸入物料編號(hào)、輸入物料規(guī)格、輸入物料數(shù)量、輸出物料編號(hào)、輸出物料規(guī)格、輸出物料數(shù)量；

10、所述套料優(yōu)化信息包括套料編號(hào)、套料次數(shù)、下料類型、下料時(shí)間、所屬項(xiàng)目、所屬分部、構(gòu)件編號(hào)、構(gòu)件件號(hào)、構(gòu)件尺寸、構(gòu)件數(shù)量；

11、所述工序定額時(shí)間包括工序名稱、設(shè)備類型、計(jì)量屬性、計(jì)量單位、單位時(shí)間

12、所述生產(chǎn)進(jìn)度狀態(tài)包括項(xiàng)目名稱、所屬分部、構(gòu)件編號(hào)、構(gòu)件id、進(jìn)度情況

13、所述生產(chǎn)排產(chǎn)計(jì)劃包括項(xiàng)目名稱、分區(qū)名稱、訂單名稱、構(gòu)件型號(hào)、構(gòu)件id、規(guī)格、單凈重、訂單要求完成日期、構(gòu)件優(yōu)先級(jí)、構(gòu)件計(jì)劃完成日期、產(chǎn)線分配、工序名稱、生產(chǎn)設(shè)備分配、工序開(kāi)始日期、工序結(jié)束日期。

14、作為優(yōu)選，所述約束條件包括下料工序調(diào)度約束、零件齊套約束、加工順序約束、工序時(shí)間計(jì)算與分配約束、加工互斥約束、產(chǎn)線工序共享約束以及完工時(shí)間約束；

15、所述下料工序調(diào)度約束的具體方法包括以下步驟：

16、s211、基于步驟s1所獲取的信息，設(shè)置調(diào)度目標(biāo)為最小化最大完工時(shí)間；

17、s212、計(jì)算下料完成時(shí)間，具體表達(dá)式如下：

18、；

19、其中，為方案d的下料完成時(shí)間；為方案的開(kāi)始下料時(shí)間；為能進(jìn)行下料方案的機(jī)器集合，；為下料機(jī)器；表示若方案由機(jī)器進(jìn)行下料則為1，否則為0；為機(jī)器的下料方案所需的時(shí)間；為下料方案；為需要下料的方案集合，；

20、s213、定義下料方案只能由一臺(tái)機(jī)器執(zhí)行，確保下料工序被唯一執(zhí)行，具體表達(dá)式為：

21、；

22、s214、進(jìn)一步定義下料順序，具體表達(dá)式為：

23、；

24、其中，表示若方案和均由機(jī)器進(jìn)行下料，并且由機(jī)器下料的先于加工則為1，否則為0；表示若方案和均由機(jī)器進(jìn)行下料，并且由機(jī)器下料的先于加工則為1，否則為0；表示若方案分配給機(jī)器，則為1，否則為0；表示若方案分配給機(jī)器，則為1，否則為0；

25、s215、定義沖突約束，具體表達(dá)式為：

26、

27、其中，為方案的下料完成時(shí)間；為方案的開(kāi)始下料時(shí)間；為一個(gè)極大的正數(shù)。

28、作為優(yōu)選，所述零件齊套約束通過(guò)定義零件的齊套性約束，用于約束構(gòu)件僅在其所需全部零件下料完成后才能開(kāi)始后續(xù)加工，具體表達(dá)式如下：

29、；

30、；

31、其中，為方案的下料完成時(shí)間，為構(gòu)件加工所需的鋼板的齊套時(shí)間；為加工構(gòu)件需要下料的方案集合，；為構(gòu)件集合，，；為構(gòu)件的工序的開(kāi)工時(shí)間；

32、所述加工順序約束通過(guò)定義主體與部件加工嚴(yán)格按照預(yù)定順序執(zhí)行，具體表達(dá)式為：

33、；

34、；

35、其中，為構(gòu)件的工序的完工時(shí)間；為構(gòu)件經(jīng)過(guò)的第道主體加工工序，，；為構(gòu)件經(jīng)過(guò)的第道部件加工工序，，；為構(gòu)件經(jīng)過(guò)的第+1道主體加工工序，為構(gòu)件經(jīng)過(guò)的第+1道部件加工工序。

36、作為優(yōu)選，所述工序時(shí)間計(jì)算與分配約束包括以下步驟：

37、s241、計(jì)算工序完成時(shí)間，具體表達(dá)式為：

38、；

39、其中，表示若構(gòu)件由產(chǎn)線的機(jī)器進(jìn)行工序則為1，否則為0；為機(jī)器的加工構(gòu)件的工序所需的時(shí)間；為機(jī)器集合，；

40、s242、定義總裝必須在部件加工完成之后進(jìn)行（適用于需總裝構(gòu)件），具體表達(dá)式為：

41、；

42、其中，表示構(gòu)件的部件最后一道工序的完成時(shí)間；表示構(gòu)件的總裝工序的開(kāi)始時(shí)間；

43、s243、定義工序機(jī)器分配唯一，具體表達(dá)式為：

44、；

45、其中，為實(shí)產(chǎn)線集合，。

46、作為優(yōu)選，所述加工互斥約束通過(guò)定義同一機(jī)器中多個(gè)構(gòu)件的處理順序，確保加工時(shí)間不沖突，具體表達(dá)式如下：

47、；

48、；

49、其中，表示若構(gòu)件和的工序均由機(jī)器進(jìn)行加工，并且由機(jī)器加工的構(gòu)件先于加工則為1，否則為0；其中，表示若構(gòu)件和的工序均由機(jī)器進(jìn)行加工，并且由機(jī)器加工的構(gòu)件先于加工則為1，否則為0；表示若構(gòu)件的工序由機(jī)器進(jìn)行加工，則為1，否則為0；表示若構(gòu)件的工序由機(jī)器進(jìn)行加工，則為1，否則為0；表示構(gòu)件的工序完成時(shí)間；表示構(gòu)件的工序開(kāi)始時(shí)間；

50、所述產(chǎn)線工序共享約束通過(guò)定義處理多產(chǎn)線共享或選擇性共享工序，具體包括以下步驟：

51、s261、判斷共享工序是否可以在道產(chǎn)線上執(zhí)行，具體表達(dá)式為：

52、；

53、其中，為工序的依賴工序；表示若構(gòu)件在第道產(chǎn)線的機(jī)器上執(zhí)行了工序，則為1，否則為0；表示若第道產(chǎn)線可以執(zhí)行工序，則為1，否則為0；表示若構(gòu)件在第道產(chǎn)線的機(jī)器上執(zhí)行了工序，則為1，否則為0；表示若第道產(chǎn)線可以執(zhí)行工序，則為1，否則為0；表示若構(gòu)件在第道產(chǎn)線的機(jī)器上執(zhí)行了共享工序，則為1，否則為0；表示若構(gòu)件在第道產(chǎn)線的機(jī)器上執(zhí)行了工序，則為1，否則為0；

54、s262、判斷共享工序是否可以在第一道產(chǎn)線上執(zhí)行，具體表達(dá)式為：

55、；

56、其中，表示若構(gòu)件在第1道產(chǎn)線的機(jī)器上執(zhí)行了工序，則為1，否則為0；表示若第1道產(chǎn)線可以執(zhí)行工序，則為1，否則為0；表示若構(gòu)件在第2道產(chǎn)線的機(jī)器上執(zhí)行了工序，則為1，否則為0；表示若構(gòu)件在第1道產(chǎn)線的機(jī)器上執(zhí)行了工序，則為1，否則為0；

57、s263、判斷共享工序是否可以在最后一道產(chǎn)線上執(zhí)行，具體表達(dá)式為：

58、；

59、其中，表示若構(gòu)件在第道產(chǎn)線的機(jī)器上執(zhí)行了工序，則為1，否則為0；表示若第道產(chǎn)線可以執(zhí)行工序，則為1，否則為0；；表示若構(gòu)件在第道產(chǎn)線的機(jī)器上執(zhí)行了工序，則為1，否則為0；表示若構(gòu)件在第道產(chǎn)線的機(jī)器上執(zhí)行了工序，則為1，否則為0；

60、所述完工時(shí)間約束定義完工時(shí)間與最大完工時(shí)間約束，即所有構(gòu)件的完工時(shí)間不超過(guò)當(dāng)前最大完工時(shí)間，具體表達(dá)式為：

61、；

62、；

63、其中，為構(gòu)件的完工時(shí)間；表示構(gòu)件的第個(gè)部件在最后一道產(chǎn)線上完成工序花費(fèi)的時(shí)間。

64、作為優(yōu)選，步驟s3包括以下步驟：

65、s31、工序染色體編碼設(shè)計(jì)：采用復(fù)合染色體編碼方式，將調(diào)度問(wèn)題拆分為工序染色體與機(jī)器染色體；

66、s32、機(jī)器染色體變異設(shè)計(jì)包括：工序染色體變異、機(jī)器染色體變異、套料方案染色體變異，以針對(duì)某一工序，選加工設(shè)備集合中隨機(jī)更換設(shè)備編號(hào)；

67、s33、染色體解碼過(guò)程：根據(jù)工序加工順序與機(jī)器分配信息，結(jié)合齊套性約束，對(duì)染色體進(jìn)行調(diào)度解碼，獲取每道工序的開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間。

68、作為優(yōu)選，步驟s31中工序染色體用于表示構(gòu)件生產(chǎn)中所有工序的加工順序，其染色體長(zhǎng)度為所有待調(diào)度工序的總數(shù)，每個(gè)基因位以工序編號(hào)進(jìn)行編碼，按照加工順序排列；

69、機(jī)器染色體用于指定每個(gè)工序所分配的加工設(shè)備，其染色體長(zhǎng)度與工序染色體相同，每個(gè)基因位置記錄該工序所選擇的機(jī)器編號(hào)，該編碼需滿足工序與機(jī)器的可加工映射關(guān)。

70、作為優(yōu)選，步驟s32中工序染色體變異為選取染色體上的任意連續(xù)基因段，在不違反工序依賴約束的前提下，隨機(jī)選取一段工序基因片段進(jìn)行重排，生成新排序方案；

71、機(jī)器染色體變異為針對(duì)某一個(gè)工序，選擇加工設(shè)備集合中的一臺(tái)機(jī)器被隨機(jī)替換當(dāng)前的機(jī)器編號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)加工資源的調(diào)整；

72、套料方案染色體變異為針對(duì)染色體中某個(gè)構(gòu)件的套料方案基因位，在滿足齊套性約束的前提下，從該構(gòu)件選的套料方案集合中隨機(jī)選擇另一種方案替代當(dāng)前編碼，從而形成新的套料分配結(jié)構(gòu)；若變異導(dǎo)致所選構(gòu)件對(duì)應(yīng)的零件集合發(fā)生變化，則同步更新相關(guān)工序與設(shè)備映射，以保持調(diào)度模型的一致性。

73、作為優(yōu)選，步驟s33中染色體解碼過(guò)程包括套料調(diào)度解碼和構(gòu)件生產(chǎn)調(diào)度解碼，套料調(diào)度解碼，按構(gòu)件順序計(jì)算各構(gòu)件套料完成時(shí)間；構(gòu)件生產(chǎn)調(diào)度解碼，依據(jù)工序順序與機(jī)器分配，結(jié)合工藝先后關(guān)系與設(shè)備占用狀態(tài)，確定每道工序的最早可行開(kāi)始時(shí)間，具體包括以下步驟：

74、s331、對(duì)于存在前置工序的當(dāng)前工序，其開(kāi)始時(shí)間為前置工序結(jié)束時(shí)間與所選設(shè)備最早可用時(shí)間的最大值，其表達(dá)式為：

75、；

76、其中，、為緊前工序的完成時(shí)間；為所選機(jī)器的最早空閑時(shí)間；

77、s332、若工序?yàn)闃?gòu)件的首道工序，則受構(gòu)件套料完成時(shí)間約束，具體表達(dá)式為：

78、；

79、s333、適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算，以最小化全部構(gòu)件的最大完工時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)適應(yīng)度進(jìn)行歸一化處理，對(duì)應(yīng)個(gè)體適應(yīng)度函數(shù)表達(dá)式為：

80、，；

81、其中，為第個(gè)體的最大完工時(shí)間；為種群中最大完工時(shí)間；為種群中最小完工時(shí)間；最小為0，最大為1，其值越大代表該個(gè)體性能越優(yōu)；

82、s334、根據(jù)適應(yīng)度計(jì)算結(jié)果，判斷是否滿足終止條件，若滿足則輸出優(yōu)化調(diào)度方案；若不滿足，則繼續(xù)進(jìn)行工序、機(jī)器、套料的染色體變異，得到最優(yōu)染色體，并解碼得到優(yōu)化調(diào)度方案。

83、總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

84、通過(guò)雙層染色體編碼機(jī)制，將工序染色體與機(jī)器染色體分別獨(dú)立編碼，并在解碼階段引入齊套性判斷機(jī)制，以解決鋼結(jié)構(gòu)工廠中由于零件齊套性約束、加工工序復(fù)雜等因素造成的調(diào)度困難問(wèn)題。相較于傳統(tǒng)調(diào)度方法，本發(fā)明方法能夠更準(zhǔn)確地建立鋼構(gòu)件生產(chǎn)中的齊套約束等復(fù)雜約束關(guān)系，從而提升調(diào)度結(jié)果的可執(zhí)行性與科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)鋼構(gòu)件生產(chǎn)最大完工時(shí)間的最小化。