一种基于改进烟花算法的焊接车间综合调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进烟花算法的焊接车间综合调度方法，具体为：首先建立焊接车间综合调度的数学模型，基于车间加工复杂焊接产品最大完工时间最小和机器负载合理的优化目标，同时考虑产品工序紧前紧后、机器资源占用等约束条件，构建焊接车间综合调度模型；最后采用改进烟花算法进行求解，在求解过程中，设计了能满足工序加工顺序的烟花爆炸和变异算子，保证在求解全过程不会产生非法解。本发明专利技术充分考虑复杂产品工艺约束和不同加工机器类型对实际焊接车间调度的影响，使得调度求解方案更合理；本发明专利技术保证了不同的搜索目的，确保种群的多样性，使其求解过程不易陷入局部最优，使之较遗传算法和其他启发式方法更具优越性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进烟花算法的焊接车间综合调度方法


[0001]本专利技术属于焊接作业车间的多目标优化
，尤其涉及一种基于改进烟花算法的焊接车间综合调度方法。

技术介绍

[0002]焊接车间综合调度WSISP(Welding Shop Integreted Scheduling Problem)广泛存在于航空航天、汽车制造、轮船制造等企业，在现代制造业当中作为关键的材料成型加工技术之一。
[0003]目前只有少部分学者对于焊接车间问题进行了部分研究，但是所研究的焊接调度问题只适用于简单流水焊接车间，导致建立的数学模型与实际模型之间差别很大，对具有树状工艺结构的复杂焊接产品(同时存在加工与装配的焊接产品)的焊接调度，若仍采用传统的调度算法来处理，必定会分裂制造过程中工艺树内在的可并行关系，致使生产周期延长。
[0004]在装配制造的实际焊接生产中还存在单个工序需要多台机器协同加工的情形，在对两个大型构件进行焊接装配的时候，需要一台主焊接机器，同时还需要其他辅助设备来固定它们，那么，在该焊接过程的一道工序就需要多台设备才能完成，在焊接区域足够容纳多台主焊接设备的情况下，可增加主焊接机器的数量，来缩短该道焊接工序的时间，这样在该焊接过程中就存在多种类型的机器的并行加工，一种是通过增加主焊接机器数量减少加工时间的共用焊机并行，另一种是辅助设备对焊接构件进行固定或其他功能的辅助加工并行。由于问题的复杂度较高，目前鲜有其研究成果的报道，因此，针对复杂焊接产品的综合调度问题的研究存在较大的意义。
[0005]烟花算法(Fireworks Algorithm，FA)是一种群体智能优化算法，具有良好的优化性能。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术在解决复杂焊接产品综合调度存在的不足，本专利技术提供一种基于改进烟花算法的焊接车间综合调度方法。
[0007]本专利技术的一种基于改进烟花算法的焊接车间综合调度方法，具体为：
[0008]步骤1：建立焊接车间综合调度优化的数学模型。
[0009]以车间加工复杂焊接产品最大完工时间最小和机器负载合理为优化目标建立焊接车间综合调度优化的数学模型，其目标函数为：
[0010][0011]约束条件：
[0012][0013][0014][0015][0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022]式中，产品A包含的工序集合为i＝{1,2,3,
…
,n}，其处理时间为t
i
＝{t1,
…
,t
n
},n表示工序总数，N为加工工艺树上的工序集；N
able
为可增加主焊接机器数量的工序集，为可增加主焊接机器数量的工序集，为标准工序集；N
mut
代表多设备工序集；i代表产品上的第i道工序，i∈N；N
inv
代表虚拟工序集；t
i
为第i道工序的加工时间；S
i
代表第i道工序的开始加工时间；C
i
为第i道工序的结束加工时间，C
max
为最大完工时间；j
r
表示机器r上的第j道工序的索引；J
i
表示第i道工序的同设备紧前工序；F
i
表示第i道工序的工艺紧前工序,代表第i道工序的工艺紧前工序的开始加工时间；代表第i道工序的设备紧前工序的开始加工时间；u
i
表示增加主焊接机器数量的惩罚系数，u
i
∈(0，1)；m为机器总数量；M代表机器集M＝{1,
…
,m}；M
i
为第i道工序的可选同型机器集，即主焊接机器，i∈N；代表第i道工序的所需要的协同辅助机器集，i∈N；r为主焊接机器索引，r
ass
为辅助机器索引；y
i，r
为0,1变量，若第i道工序在主焊接机器r上加工则y
i，r
＝1，否则y
i，r
＝0，r∈M
i
；为0,1变量；若第i道工序在辅助机器r
ass
上加工则否则否则代表第i道工序的最大允许同型并行处理机数量；L
i
代表第i道工序的实际主焊接机器数量，代表第i道工序的实际主焊接机器数量，代表在工序i加工过程中上所用协同辅助机器数，其中中上所用协同辅助机器数，其中代表工序i上增加主焊接机器处理后的加工时间，满足加工时间，满足代表工序i的工艺紧前工序增加主焊接机器处理后的加工时间；代表工序i的设备紧前工序增加主焊接机器处理后的加工时间；M
i
代表主焊接机器集，
代表辅助机器集，其中M中包括的无差异的并行处理机M
i
和相互协作的并行处理机在某工序处理时间t
n
内，至少需要一台机床r，r∈M，主焊接机器集为M
i
，指在第i道工序的主要功能机器，辅助机器集为第i道工序的所需要的协同辅助机器集，即在第i道工序中除了调用主焊接机器M
i
以外，需要相应的辅助机器对该工序进行辅助。
[0023]式(1)中f1是最小化加工产品最大完工时间C
max
，f2是最小化机器负载，式(2)是对标准工序的辅助机器数量进行约束，其值为0；式(3)是对属于多设备工序的辅助机器数量进行约束，其值为正整数；式(4)是对所有工序的主焊接机器数量进行约束，其值为正整数；式(5)是对每个工作站中投入的并行处理机数量的约束；式(6)是0-1变量约束；式(7)是对可并行工序和不可并行工序的机器数量作区分；式(8)表示产品任务每道工序只能在调度的位置中出现一次；式(9)x
i,k
是0-1变量约束；式(10)表示每个工序的开始加工时间必须大于等于其所有同设备紧前工序时间和当前工序准备时间之和与其所有工艺紧前工序时间和当前工序准备时间之和的较大值；式(11)表示最大完工时间C
max
为产品最后一道工序完成的时间。
[0024]步骤2：利用改进烟花算法优化求解。
[0025]烟花种群为X＝{X1,X2,X3,
…
,X
K
}，其中k为种群烟花序号索引，K为烟花个体总数，k＝{1,2,
…
,K}，X
k
为第k个烟花的位置，f
k
代表烟花k的适应度值，Sn为烟花的爆炸火花数，Se
k
代表烟花k的爆炸火花数目，实际计算中采用取整操作；A为基本爆炸半径，R
k
为烟花k的爆炸半径，f
max
为当前代数烟花集合中的最优适应度值，f
min
为当前代数烟花集合中的最差适应度值，ε是一个特别小的常数，避免分母为0；烟花k根据适应度值在半径R
k
内产生Se
k
个爆炸火花X
new
。表示为：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进烟花算法的焊接车间综合调度方法，其特征在于，具体为：步骤1：建立焊接车间综合调度优化的数学模型；以车间加工复杂焊接产品最大完工时间最小和机器负载合理为优化目标建立焊接车间综合调度优化的数学模型，其目标函数为：约束条件：约束条件：约束条件：约束条件：约束条件：约束条件：约束条件：约束条件：约束条件：约束条件：式中，产品A包含的工序集合为i＝{1,2,3,
…
,n}，其处理时间为t
i
＝{t1,
…
,t
n
},n表示工序总数，N为加工工艺树上的工序集；N
able
为可增加主焊接机器数量的工序集，N
one
为标准工序集；N
mut
代表多设备工序集；i代表产品上的第i道工序，i∈N；N
inv
代表虚拟工序集；t
i
为第i道工序的加工时间；S
i
代表第i道工序的开始加工时间；C
i
为第i道工序的结束加工时间，C
max
为最大完工时间；j
r
表示机器r上的第j道工序的索引；J
i
表示第i道工序的同设备紧前工序；F
i
表示第i道工序的工艺紧前工序,代表第i道工序的工艺紧前工序的开始加工时间；代表第i道工序的设备紧前工序的开始加工时间；u
i
表示增加主焊接机器数量的惩罚系数，u
i
∈(0，1)；m为机器总数量；M代表机器集M＝{1,
…
,m}；M
i
为第i道工序的可选同型机器集，即主焊接机器，i∈N；代表第i道工序的所需要的协同辅助机器集，i∈N；r为主焊接机器索引，r
ass
为辅助机器索引；y
i，r
为0,1变量，若第i道工序在主焊接机器r上加工则y
i，r
＝1，否则y
i，r
＝0，r∈M
i
；为0,1变量；若第i道工序在辅助机器r
ass
上加工则
否则否则否则代表第i道工序的最大允许同型并行处理机数量；L
i
代表第i道工序的实际主焊接机器数量，第i道工序的实际主焊接机器数量，代表在工序i加工过程中上所用协同辅助机器数，其中辅助机器数，其中代表工序i上增加主焊接机器处理后的加工时间，满足足代表工序i的工艺紧前工序增加主焊接机器处理后的加工时间；代表工序i的设备紧前工序增加主焊接机器处理后的加工时间；；M
i
代表主焊接机器集，代表主焊接机器集，代表辅助机器集，其中M中包括的无差异的并行处理机M
i
和相互协作的并行处理机在某工序处理时间t
n
内，至少需要一台机床r，r∈M，主焊接机器集为M
i
，指在第i道工序的主要功能机器，辅助机器集为第i道工序的所需要的协同辅助机器集，即在第i道工序中除了调用主焊接机器M
i
以外，需要相应的辅助机器对该工序进行辅助；式(1)中f1是最小化加工产品最大完工时间C
max
，f2是最小化机器负载，式(2)是对标准工序的辅助机器数量进行约束，其值为0；式(3)是对属于多设备工序的辅助机器数量进行约束，其值为正整数；式(4)是对所有工序的主焊接机器数量进行约束，其值为正整数；式(5)是对每个工作站中投入的并行处理机数量的约束；式(6)是0-1变量约束；式(7)是...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑，袁铭辉，谭光鑫，郑婷娟，李俊达，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：