一种基于改进灰狼算法的数控切割下料车间调度排产方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进灰狼算法的数控切割下料车间调度排产方法，属于机械加工生产过程中智能优化调度领域，用于求解拥有不同类型切割机的切割车间的调度问题，且部分类型的机器可能不止一台。该方法包括：分析金属板材切割工序中的成本构成，总结板材切割调度问题的约束条件，以总生产成本为目标函数，建立板材在切割车间加工过程中的调度模型和优化目标；提出了一种十进制灰狼算法进行求解，对人工狼的位置进行十进制整数编码，根据问题特点设计了游走和奔袭等智能行为。设计本发明专利技术的数控切割下料车间调度排产方法，可以有效解决实际生产问题，缩短下料车间切割生产周期，降低其在制品数量和提高设备利用率。

A scheduling method for NC cutting and cutting workshop based on Improved Grey Wolf algorithm

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进灰狼算法的数控切割下料车间调度排产方法
本专利技术属于板材切割下料智能制造领域，更具体地，涉及一种用于金属板材切割车间下料智能排产调度优化方法。
技术介绍
金属结构件被广泛应用于工程机械、船舶行业、港口机械、重工机械和航天航空等多个领域。切割下料是金属结构件制造过程中非常重要的一环。随着市场的竞争的加剧，金属结构件制造业和其他行业企业一样，面临着激烈的竞争。当今激烈的竞争，迫切要求企业对整体制造流程进行优化，缩短生产周期、提高生产效率和材料的利用率，进而提升企业的经济效益。在现有的切割车间生产过程中，切割机器主要包括激光切割机、等离子切割机还有火焰切割机。随着企业规模的不断发展，企业实际生产过程中往往多台不同的切割机。但是，现有技术往往只考虑单一类型机器的并行任务，不适用于多类型机器混合、并行加工的调度排产需求。
技术实现思路
针对现有技术的改进需求，本专利技术提供了一种基于改进灰狼算法的数控切割下料车间调度排产方法，其目的在于，基于改进的灰狼算法对调度排产方案进行优化，找出总成本最小的解，从而解决目前安排下料模型在不同切割机上切割存在的设备利用率低、加工等待时长、生产周期长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进灰狼算法的数控切割下料车间调度排产方法，它包括下列步骤：Step1：算法初始化：设定狼群的规模为Np，设置算法最大迭代次数为kmax，板材总数n，机器总数m，机器类型总数l，初始化狼群的加工序列编码得到初始种群Pt，t为迭代次数，初始化时取t＝1；所述初始化狼群的加工序列编码，是指随机分配狼群中每个个体所代表的板材加工顺序及每个板材对应的加工机器；Step2：求解狼群每个个体的切割工序的总成本及总加工时长，按照帕累托排序方法，从本次迭代的初始种群Pt中选择三个非支配解作为三匹头狼α、β、γ，剩余的狼为探狼；Step3：由探狼进行游走，即随机更新探狼的加工序列编码；全部探狼游走后...

【技术特征摘要】
1.一种基于改进灰狼算法的数控切割下料车间调度排产方法，它包括下列步骤：Step1：算法初始化：设定狼群的规模为Np，设置算法最大迭代次数为kmax，板材总数n，机器总数m，机器类型总数l，初始化狼群的加工序列编码得到初始种群Pt，t为迭代次数，初始化时取t＝1；所述初始化狼群的加工序列编码，是指随机分配狼群中每个个体所代表的板材加工顺序及每个板材对应的加工机器；Step2：求解狼群每个个体的切割工序的总成本及总加工时长，按照帕累托排序方法，从本次迭代的初始种群Pt中选择三个非支配解作为三匹头狼α、β、γ，剩余的狼为探狼；Step3：由探狼进行游走，即随机更新探狼的加工序列编码；全部探狼游走后转化为猛狼，得到猛狼种群St；Step4：将头狼视为猎物，由猛狼随机选择一个猎物，并随机判定猛狼是否向该猎物奔袭；对于判定结果为发生奔袭的猛狼，由其根据所选的猎物进行一次加工序列编码变换，得到由发生了奔袭的猛狼构成的奔袭种群Mt；Step5：完成奔袭操作后，得到本次迭代的新种群P't＝Pt∪St∪Mt，对新种群P't进行帕累托排序，从新种群中重新筛选三匹头狼α、β、γ；Step6：判断是否t＝kmax，是则输出帕累托排序结果中非支配序数为1的灰狼的加工序列编码和其感受到的猎物气味浓度，所有灰狼的序列编码即为使得各板材对应的总成本和总完工时间较优的板材的加工顺序和加工机器；否则，从新种群P't中选择前Np只狼组成下一代的初始种群Pt+1，并将头狼α、β、γ以外的狼作为探狼，转Step3。2.根据权利要求1所述的一种基于改进灰狼算法的数控切割下料车间调度排产方法，其特征在于，所述Step1中，狼群的加工序列编码包括工件编码和机器编码两个部分，采用随机的方式初始化狼群的加工序列编码：首先，对于狼群的每个个体，随机生成一个包含数字1～n共n个元素的十进制序列，组成加工序列编码的前n位，作为该个体的工件编码；数字1～n即为板材的编号i，数字1～n在工件编码中的位置即为板材i的加工次序；然后，在每个板材的可用机器集合中随机选择一台机器，将选择的机器的类型编号按照对应的板材i在工件编码中的顺序一一对应进行排列，组成狼群编码的后n位，作为该个体的机器编码；对所有个体进行上述操作，从而完成狼群加工序列编码的初始化。3.根据权利要求1或2所述的一种基于改进灰狼算法的数控切割下料车间调度排产方法，其特征在于，Step2中，求解狼群个体对应的切割工序的总成本，获得狼群的解集，按照整个切割工序的总成本和总加工时长最小的原则对解集中的各个解进行帕累托排序分级，得到非支配解的解集排序，头狼选择方法如下：(1)如果解集中只有一个级别，则从这一个级别中随机选取α、β、γ；(2)如果解集中有两个级别，则从第一级中随机选择一个个体作为α，从第二级中随机选择一个个体作为β，从整个解集中随机选择一个个体作为γ；(3)如果解集中有三个或者以上的级别，则分别从第一级、第二级、第三级中各随机选择一个个体分别作为α、β、γ；其中，解集的级别顺序即为非支配解的序数。4.根据权利要求1或2所述的一种基于改进灰狼算法的数控切割下料车间调度排产方法，其特征在于，所述Step3包括如下子步骤：3.1、对于任意指定探狼，从探狼和头狼的工件编码中分别随机选择第δ个元素，δ＝1,2,...,n，应用如下游走搜索策略对探狼的工件编码进行更新：其中X(π)、X(πα)、X(πβ)、X(πγ)分别是探狼、头狼α、头狼β、头狼γ的工件编码；分别表示在第t次迭代开始时位于探狼、头狼α、头狼β、头狼γ的第δ个元素对应的板材编号；X′(π)是探狼更新后的工件编码，亦即猛狼的工件编码；rand是在0～1范围随机生成的数值...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶运清，孟荣华，徐小斐，罗强，李广伍，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42