沖壓生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度算法的建模和實現(xiàn)

1、沖壓生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度算法的建模和實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)調(diào)喪問憾作為經(jīng)典調(diào)嗖問邂的個具侔賊用場倉.它存征百第神釣來條件°達些約采條件決龍了沖壓調(diào)嗖問尷的適出性因此SS翌對沖壓生嚴壷業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度實際逬行分析”沖壓生產(chǎn)拔可以攪照設備的有序程度分城三種類型有序型.如謊水也產(chǎn)線.半荷序熨如一個乍問連疔同一類工序.按卡聞分配設紅齊個乍間內(nèi)的設備牛.聲順序不宦.無序型，如中小璽沖壓廠家.生產(chǎn)工序序列無固定的育設備.本文主要怦對無序型沖壓線進任硏冗茯他兩種類地可以在無序型基礎上通過污如曩備序列約親來寳現(xiàn).住無序型沖壓生產(chǎn)的過程屮存任雷種影響閡戢能駅龍響生產(chǎn)效骼，需要以這些要素中抽象出對沖壓生產(chǎn)虧響較大的岡素井考慮

2、到主產(chǎn)調(diào)度的數(shù)學樓型中.只有這韓的旌學植型才足較可守的.沖氐生產(chǎn)執(zhí)疔系統(tǒng)中枚右的探分就是生產(chǎn)謂度的安損本章將櫃出一種軒對理恕條件下的無序空沖壓生嚴的、且J混浄蟻辭遺傳粥址的生產(chǎn)調(diào)度算江.工2沖壓生產(chǎn)調(diào)度的數(shù)學建模32.1沖樂主產(chǎn)的皐本特點分析沖壓生產(chǎn)過程.得到兒，時坐產(chǎn)效來協(xié)響報大的約束兼怦.(1D工藝約柬：在工業(yè)生產(chǎn)中沖壓生產(chǎn)H于整個產(chǎn)品生產(chǎn)順序的第一步.為.后紅的加丁.工序提供羊成島一以汽乍牛-產(chǎn)為例.沖樂生產(chǎn)總供汽的乍礙等白件.為麻除的焊轉.涂料、內(nèi)飾等丁序握供半戍品因此沖壓產(chǎn)晶需咚嚴將按耿礙求的工藝順庁加工.和嚴恪的工藝旳束°機器占用肉東2在沖壓生產(chǎn)中.持別是多批空同時生產(chǎn)的

3、炕程中冊耍探證機器的充分利用.因此不可避免會出現(xiàn)機器的搶占問題,劣批次沖壓生產(chǎn)中.不介理的生產(chǎn)調(diào)度會導致過長的等待機器時間.這和分時間是可以通過更合理的調(diào)質齊省F來的.岡此為保還模型的仟理，需要將將導致等待時間的機器占用抽彖為沖壓生產(chǎn)的一個巫耍約束條件。(?)資源約朿：在實際生產(chǎn)中，沖床企業(yè)需要維持一定敵呈的半成晶倉燉來保證唯產(chǎn)的連續(xù)性.這種半成昌倉庫作為連續(xù)牛產(chǎn)中的緩沖區(qū).對侏證生產(chǎn)的連續(xù)和生產(chǎn)節(jié)拍的穩(wěn)定起御了卜分忒要的作用.緩沖區(qū)的大小需要維持在一個合理的區(qū)何里才陡即發(fā)揮功能又不會帶來額外的維護負擔.假設機器都是可以正常生產(chǎn)，沖壓件的順序工序件的切換機器時何忽略。從緩沖區(qū)中取半成品所需時間

4、也暇定足紡怏，相對r同批工件的該工序生產(chǎn)時何可以忽略不計。這樣我們可以將沖壓生產(chǎn)的生產(chǎn)調(diào)度過程描述成有著資浙約束、工序約柬和機器占用約束條件的規(guī)劃m臺設備生產(chǎn)n批工件的最優(yōu)化問題這是一個存在約束條件的NP-Had問題。3.22數(shù)學模型通過上述對沖壓生產(chǎn)特征的分析,可以得到如啊3.1所示的模型國.arm1.汎沖f丄序2一Lrj1區(qū)3單位時間/1單位時何/】單位資源圖3.1棋型圖3單位資源在該模型圖中，需要做如下假定來抽象岀主要矛JS.(1) 每批工件的加工工藝潦程己定,且工序順序按照加工工藝標準都為固定不變的.（2）毎臺設叮以進行操作的匸序是一定的一定，執(zhí)行工序所需的時何也是一定的。每臺役備冋時

5、只能執(zhí)行一道工序的操作，且每批:匸件的冋一工序都在同一臺設備上執(zhí)行.（3）備個和鄰工序何的半成皿庫客呈一定衛(wèi)為一常數(shù)H典存儲的足上一逍工序的半成品,可表示為"（OMHMH）。（4）在同一時刻，主產(chǎn)原料和半成品等資源的庫存容吊上限是一定的且為一個常數(shù)R（5）在機器聞的半成品運輸時何可以汁舜在上道工序的加工時何中。町以將工件的工序集舎表示為Q（i為工件序號且/為第i種工件的工序編號且所有設備的集合為M,工序C“的可選設備集合為uM）；工件，的第/道工序住設簽R上消耗的時間（加工時間與換模時間）衣樂為7；苔沒備陂占用，則等待時間為Af,所需要的生產(chǎn)資源衣示為心*,其中keMitt毎一道匸序

6、的開始時間表示為其中幾，=（），結束時何為0“匚當前設備被占用與否可表示f當前設備被占用與否可表示fK設備占用）（Ki尖備空閑(1)本模型的謂度標是確定每一批工件的段備額序和工序的開始時f«J.血+%）+bRi尸k4式（1）衣示口標的跖其中u為工廠的時何成本系歡.b為資源成本系數(shù).函數(shù)D我示總加工成本。S“j4i）工S”十（1一H»）7*圍效的約束條件為（二（2）工八尺11-1其中式（1）U示口標因數(shù)。式（2）屮笫-式表示當緩沖區(qū)中還有半成品時.后逍工序可以直接利用半成拈生產(chǎn).因此后道工序的開始時何只需要在緩沖區(qū)中第一件半成品的完成時何Z后就可以了式2）中的笫二式表示所肖止

7、在生產(chǎn)的機器上的當前所需資源小于等F庫存客量上隈3.3模型的混含蟻群遺傳即法實現(xiàn)在上一節(jié)建龍了沖樂生產(chǎn)的數(shù)學模犁的皋礎卜.本節(jié)將在既有的遺傳算法和蟻群徐法的垂礎匕，符合數(shù)學模舉中的約束條件的前提下，捉出一種在以能得到辰小II標丙數(shù)值（即最小總加工成本）的設備生產(chǎn)計劃為II標的混合遺傳蟻群算法.本氮法將沖樂過程中的設備作為螞蟻巡游的節(jié)點，以時間成本和資源成本作為夠響因子來計算們息素濃度，用遡傳算法來計靠出段備間的初始信息寮濃疫，遡傳廉法的快速收散持件和蟻群許法的止反饋特件結合起來.將機器占用時間作為了蟻群號法的反熾因子，將沖圧生產(chǎn)調(diào)度中常見的機器冉用情況捕象為一個數(shù)學約束因子并加入到篦法計算中將

8、級沖區(qū)中的資源數(shù)雖作為改道王序是否可以進行調(diào)度判斷的判斷條件考慮到算Ja'1'o最后通過一個實例仿真來強證了該算法的仃效性.算法描述給定役備數(shù)雖為匕毎-代螞蟻的數(shù)屋為n,其中每一只螞蟻代衣種工件。斑代!B蟻的巡游代表一種調(diào)度選擇。在沖壓i»度問思中，除了基本螞蟻算法規(guī)定的螞蟻以信息素濃魔確定下一步路徑的選擇犠率的規(guī)定外.特別地，述需耍符合以下特性°（1）忙息素濃度設定為只與設備節(jié)點的成本擁耗相關，且佇息素存在且只存在于節(jié)點處。（2）若某一墳備戈持某一工件的卿逍連續(xù)工序，螞蟻町以將卜一躋悅選擇為當前設備，估息素濃度為兩遭工存中的前一道工序樣放的濃度。（?生產(chǎn)謂

9、度中，若設備k被占用，可我示為從=（）。則計算與前工件的I：序與占用設備的T序何的時何MAr,并利用山來表示概率的夠響因子.當設備無打用時.A/=0.沖壓生產(chǎn)調(diào)度中的設備沖突情況十分普遢,因此本文在應用蟻群算法描述每代媽蟻的選擇慨率時,將占用時何考慮到播率的計算中將占用時何考慮到槪率中計廉.一方而加大了總法的止確性.另一方而可以去除螞蟻毎步選擇時的判斯片用操作，減少算袪的時空貝朵度.考慮到螞蟻算法的收欽慢的特性，本文利用遺傳算法計聲蟻群的初始峨率。3.32算法丈現(xiàn)本算法対沖壓生產(chǎn)調(diào)度的模擬可表述如下：W代媽蟻的個體衣示為人（1“<”）：螞蟻詢迸的勻前步驟為£：每只螞蟻的下一步可

10、選設冬集為M：螞蟻心在C；步在設備kI：需要花費的時阿為7；花賈的資源為開始時何為S”結束時間為O*若設直k被占用，則待時間可衣示為嚴叫“3顧）0（無占用沖冥）式中O*衣示占用設備的工序的完成時何，O心“，衣示當前工件的上道工序的充成時間.每代蟻群屮每兩臺設備創(chuàng)的怡息素濃度可表示為0",I衣示蟻群的代數(shù)。初始信息盍濃度w,g由遡傳席法求解，具體方法為.<1）編碼采用卜進制編碼.染色休的基因為設備號，染色休氏度為max&V）,如果工序費小于染色體長度,多余的部分基因設為0隨機生成-定數(shù)量的卜進制染色體作為初始種胖。以氏<1）作為適應值函數(shù).遇傳算子慄作親用輪加貼的方

11、氏甌機進杼悶糸型仍，休.艸保存晝優(yōu)的個體：采用紅性空叉方?jīng)i;以一定的抵率隨機選抒泉-架色體，交換該染色體的頭尼兩個基岡，形成子代。迭代-定代數(shù)応得到優(yōu)化解.（3）求解初如怕息素濃度利用上述優(yōu)化解的染色休,解碼得到某工件的執(zhí)疔設備額序,可轉換為初始伯息索的濃度¥*螞蟻在毎一代的選擇概.（r）lll忙息素濃度卩中“和啟發(fā)信息兒"共同決泄.選擇蜒率表示為:P：#2丿工“嚴:心"0.其他其中。表示濃度對槪率的影響因子.0表示啟發(fā)們息的夠響因子.在兩代碼蟻個J,信息盍會揮發(fā),新一代螞蟻產(chǎn)生的伯息素會疊加到已有信息素中.形成新一代的侑息素濃度.假定信息素揮發(fā)的速率為則有：(5

12、)(6)©(/+l)=(/)+A(/)C.圧I選0go其他式中,C為常數(shù)心表示選擇設備g的成本啟發(fā)信息設定懲罰存在機器占用等待的選擇，有丄山撫工（X機器有占用）,、彳%（7）1（無占用）等待時何越長.啟發(fā)怕息越小.選擇概率也越小。仿真驗還統(tǒng)計某工廠的某一時何段的生產(chǎn)訂單.通過對比該工廠對各個工件的工藝心可已得到算法所蠱侶息的表格如卜表3.1所示。義3牛產(chǎn)信忌設藥瘀工序如兮nm1234SI234S67BS匚件編號IU屮-I2J/14/J1/12/3|2.4"15M|123”15/3I2.4J/W12,5J/I2/1|X3.4/lin|X4)/11/2無1X51/12/2IA.

13、5)/12/2|X5/1(¥1無12.4"11/11235岡33.5J/I4/3I1.35J/12/4無無無”無無1/1IL3/1(¥2131/14/1尢14571無無無11.5J/13/2無無無I2.3J/1L/2I1.2.4/L4/3無無無I2A5»/L(n圖中該乍間共百5臺設爲.需耍生產(chǎn)10種工件其中匸件的所需晟大生產(chǎn)工序為5.工廠中的緩沖區(qū)劑為一定值2暇位.丙此遺傳第法中的染色體長度為5按照定義的種楷先成規(guī)則生成1(H)個這樣的染色體作為種群設定遺傳算子中的交叉概率為0.8,變異槪率為0.02,遺傳伴法迭代40次.在利用遺傳算法得到蟻群算法初始侑息素分布后，接著進行蟻群算法的迭代.蚊群算法中設定時何把耗系數(shù)圧0.2,資源成木系數(shù)b=l.a=2.0=2.C=1(X)0.怕息素揮發(fā)率=().7。利用木算法對該需求的仿真求解.得到了恭產(chǎn)甘特圖如圖3.2所示.圖3.2排產(chǎn)甘特閨經(jīng)過排序絆到的乞個工件的設備執(zhí)行順