一种多批次铝件仿古铜制作的优化调度方法技术

本发明专利技术涉及一种多批次铝件仿古铜制作的优化调度方法，属于生产过程智能优化调度技术领域。本发明专利技术通过确定不同批次铝件在工厂内制作过程的调度模型和优化目标，并使用基于量子优化的人工蜂群算法的优化调度方法对目标进行优化；其中，调度模型依据各批次铝件在每台设备上的工序数、加工时间来建立，同时优化目标为最小化最大完工时间。本发明专利技术可在短时间内获得多批次铝件仿古铜制作过程调度问题的优良解，从而可降低制作的生产成本缩短生产时间，提高工厂的生产效率，能有效解决多批次铝件仿古铜制作过过程中由于加工排序不当导致的工厂成本浪费，经济效益不高的问题。

An Optimal Scheduling Method for Multi-batch Copper-like Aluminum Parts Manufacturing

The invention relates to an optimal scheduling method for multi-batch antique copper production of aluminium parts, which belongs to the technical field of intelligent optimal scheduling of production process. The invention determines the scheduling model and optimization objectives of different batches of aluminium parts in the manufacturing process in the factory, and uses the optimization scheduling method based on quantum optimization artificial bee colony algorithm to optimize the objectives, in which the scheduling model is established according to the number of processes and processing time of each batch of aluminium parts on each equipment, and the optimization objective is to minimize the maximum completion time. The invention can obtain a good solution to the scheduling problem of the manufacturing process of multi-batch antique copper for aluminium parts in a short time, thereby reducing the production cost, shortening the production time, improving the production efficiency of the factory, and effectively solving the problem of waste of factory cost and low economic benefit caused by improper processing sequence in the manufacturing process of multi-batch antique copper for aluminium parts.

【技术实现步骤摘要】
一种多批次铝件仿古铜制作的优化调度方法
本专利技术涉及一种多批次铝件仿古铜制作的优化调度方法，属于生产过程智能优化调度

技术介绍
铜在古代中国称之为赤金，因其表面有强烈的金属光泽，所以铜的主要用途之一就是建筑装饰。自古以来铜就有“气蕴富贵想和之美誉”，也是中国人心中神圣的象征物，从古至今，始终是权贵名仕的喜爱，早在西元前十六世纪，商朝人就常使用铜质的器皿，人们也喜欢在房屋中装饰铜门、铜窗，以展示自身的财富与品味，而铜雕传世久远的艺术价值，更为世人所珍爱。随着历史的演变，铜饰制品的用途，早已不仅局限于门窗，而是广泛渗入到了建筑装饰的各个板块。铜门、铜窗、铜雨棚、铜饰面板及各种铜造型。铜色材料的广泛应用使仿古铜材料供不应求，为了缓解铜材料的生产压力，于是催生了铝材制仿古铜的各类产业，利用铝材料仿制古铜材料。铝制仿古铜的生产步骤主要有：(1)铝件表面处理；(2)铝件表面镀铜；(3)将上述处理好的铝件放入化学药水浸泡5-10mins，进行着色处理，然后用清水冲洗；(4)对着色的铝件进行拉丝处理；(5)对铝件表面喷涂清漆，干燥后制得成品。多批次铝件仿古铜制作过程属于NP(Non-Polynomial)完全问题，其求解规模随问题的增大呈指数增长，因此在理论和应用上均具有很高的研究价值。大量的仿古铜制作以批量生产模式为主，不同批次的原料铝件状况不同，使得仿古铜制作在各阶段的加工时间存在较大差异。不同批次铝件加工序列会对该批量生产计划的完工时间产生较大影响，这将直接影响工厂的生产成本和经济效益。现阶段，主要采用基于最小完工时间的分配规则进行调度，即按照各金属铸坯完工时间进行升序排列，以此作为加工序列。这种方式虽然可以减少生产计划的完工时间，但是无法考虑到仿古铜制作序列之间的耦合作用，且调度方案单一，无法满足生产计划的突发性事件及多样性的需求。因此，对仿古铜制作过程的优化调度就显得格外重要，一个好的调度方案可以很大程度上降低工厂的生产成本，提高工厂的经济效益。本专利技术采用排列模型，设计一种基于量子优化的人工蜂群算法的优化调度方法，可在较短时间内获得多批次铝件仿古铜制作过程调度问题的近似最优解，从而降低工厂的生产成本，提高工厂的经济效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是多批次铝件仿古铜制作过程的调度问题，提出一种基于量子优化的人工蜂群算法的优化调度方法，以解决多批次铝件仿古铜制作过程中由于加工排序不当导致的工厂成本浪费，经济效益不高的问题。本专利技术的技术方案是：一种多批次铝件仿古铜制作的优化调度方法，通过确定不同批次铝件在工厂内制作过程的调度模型和优化目标，并使用基于量子优化的人工蜂群算法的优化调度方法对目标进行优化；其中，调度模型依据各批次铝件在每台设备上的工序数、加工时间来建立，同时优化目标为最小化最大完工时间Cmax:C(j1,1)＝Pj1,1Cmax＝C(jn,m)式中：铝件批次量为n；机器数为m；ji表示排序i位置上的铝件；表示排序i位置上的铝件在机器k上的标准加工时间；排序i位置上的铝件在机器k上加工前的设置时间为STji,k；排序i位置上的铝件在机器k上的完成时间为C(ji,k)；最大完工时间为C(jn,m)；目标函数最大完工时间为Cmax；利用基于量子优化的多目标人工蜂群算法求解该问题模型，得到的个体包含不同批次铝件的加工顺序和该加工顺序下的最大完工时间，以最小化最大完工时间为目标，求得最优个体；利用基于量子优化的多目标人工蜂群算法求解该模型，从而得到一种多批次铝件仿古铜制作的优化调度方法；所述的基于量子优化的人工蜂群算法的优化调度方法具体步骤为：Step1、种群初始化：采用随机方法产生初始化种群Initpop，直至初始解的数量达到种群规模的要求；其中，种群规模为NP；Step2、个体离散化：由于本算法基于连续实数域，而多批次铝件仿古铜制作过程基于离散变量，因此，采用基于随机键编码方式对仿古铜的制作工序排序进行实数编码，然后根据LOV规则建立实数编码与整数编码之间的一一映射关系，进而实现从实数编码向仿古铜的制作工序排序的转换，计算每个个体的目标函数值；Step3、种群更新：种群中每个个体为一个解，每个解对应一个蜜源、雇佣蜂、跟随蜂；1：对每个雇佣蜂利用式(1)进行蜂群更新，利用保优原则保留个体；2：记录雇佣蜂更新之后的较优个体值Pbest和当前全局最优Gbest，融合量子优化原则依次利用式(5)、式(6)、式(2)、式(3)得到每个蜜源被选择的概率；3：跟随蜂利用轮盘赌原则在优质蜜源附近进行局部搜索，选择个体值较高的个体作为蜜源，然后融合量子优化原则利用公式(7)更新当前种群中所有蜜源；4：若蜜源在连续limit次迭代后未得到更新，即用式(4)随机产生一个新蜜源代替原蜜源；其中，式(1)、式(2)、式(3)、式(4)、式(5)、式(6)、式(7)分别表示如下：vi,j＝xi,j+rand(-1,1)(xi,j-xk,j)(1)Xi＝Xmin+rand(0,1)(Xmax-Xmin)(4)P＝a·Pbest+(1-a)Gbest(5)b＝1-g/maxg×0.5(6)式中，vi,j为新蜜源个体Vi的第j维分量，xi,j为个体Xi的第j维分量；xk,j为个体Xk的第j维分量；fi为蜜源个体Xi的目标函数值；fiti为蜜源个体对应的适应度；Xmax和Xmin为解空间上下界；a、u为(0,1)间随机数；Pbest为个体极值；Gbest为全局极值；b为收缩膨胀系数；g为当前进化代数；maxg为规定的最大进化代数；本步骤融合量子能遍历整个解空间的行为特性，根据蜜源位置的波函数和概率密度函数，基于量子模型进行位移更新，该操作实质上是一种局部搜索策略；Step4、记录当前最优解；Step5、迭代终止条件：若达到最大迭代次数maxg＝1000，则输出最优解，否则转到Step2，反复迭代，直至满足终止条件为止。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种多批次铝件仿古铜制作过程的调度模型和优化目标，可在短时间内获得多批次铝件仿古铜制作过程调度问题的优良解，从而可降低制作的生产成本缩短生产时间，提高工厂的生产效率，能有效解决多批次铝件仿古铜制作过过程中由于加工排序不当导致的工厂成本浪费，经济效益不高的问题。附图说明图1为本专利技术的整体设计流程图；图2为本专利技术的整体算法流程图；图3为本专利技术中问题解的表达示意图。具体实施方式实施例1：某工厂接到一批同等长度的10种不同批次的铝件，需要将其制作成一批仿古铜，5个步骤制作参数如表1所示，问题规模可表示为10_5。表1中数据代表各批次铝件在各制作步骤所需要的时间，即公式中的表2数据代表各批次铝件在各制作步骤开始前的设置时间，即公式中的表1不同批次铝件的各加工步骤的加工时间表批次12345678910铝件表面处理2085492831859899329镀铜59657064468418521002着色387818486340264666铝件拉丝77381244883787405981喷涂清漆与干燥51908712277290194985表2不同批次铝件的各加工步骤前的设置时间表批次12345678910铝件表面处理98129109138911镀铜12161517131818131614着色393本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多批次铝件仿古铜制作的优化调度方法，其特征在于：通过确定不同批次铝件在工厂内制作过程的调度模型和优化目标，并使用基于量子优化的人工蜂群算法的优化调度方法对目标进行优化；其中，调度模型依据各批次铝件在每台设备上的工序数、加工时间来建立，同时优化目标为最小化最大完工时间Cmax:

【技术特征摘要】
1.一种多批次铝件仿古铜制作的优化调度方法，其特征在于：通过确定不同批次铝件在工厂内制作过程的调度模型和优化目标，并使用基于量子优化的人工蜂群算法的优化调度方法对目标进行优化；其中，调度模型依据各批次铝件在每台设备上的工序数、加工时间来建立，同时优化目标为最小化最大完工时间Cmax:Cmax＝C(jn,m)式中：铝件批次量为n；机器数为m；ji表示排序i位置上的铝件；表示排序i位置上的铝件在机器k上的标准加工时间；排序i位置上的铝件在机器k上加工前的设置时间为排序i位置上的铝件在机器k上的完成时间为C(ji,k)；最大完工时间为C(jn,m)；目标函数最大完工时间为Cmax；利用基于量子优化的多目标人工蜂群算法求解该问题模型，得到的个体包含不同批次铝件的加工顺序和该加工顺序下的最大完工时间，以最小化最大完工时间为目标，求得最优个体；利用基于量子优化的多目标人工蜂群算法求解该模型，从而得到一种多批次铝件仿古铜制作的优化调度方法；所述的基于量子优化的人工蜂群算法的优化调度方法具体步骤为：Step1、种群初始化：采用随机方法产生初始化种群Initpop，直至初始解的数量达到种群规模的要求；其中，种群规模为NP；Step2、个体离散化：由于本算法基于连续实数域，而多批次铝件仿古铜制作过程基于离散变量，因此，采用基于随机键编码方式对仿古铜的制作工序排序进行实数编码，然后根据LOV规则建立实数编码与整数编码之间的一一映射关系，进而实现从实数编码向仿古铜的制作工序排序的转换，计算每个个体的目标函数值；Step3、种群更新：种群中每个个体为一个解，每个解对应一个蜜源、雇佣蜂、跟随蜂...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱斌，钟祾充，胡蓉，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53