一种多工件混合打印的增材制造系统布局与调度方法技术方案

本发明专利技术提供了一种多工件混合打印的增材制造系统布局与调度方法，属于智能制造领域；本发明专利技术考虑了增材制造和3D打印过程中工件布局、打印方向、交货期以及打印准备时间；根据多个订单的不同，通过均衡工件打印面积与高度选择合理的打印方向，对工件高度分类合理分配到不同的增材制造设备；针对增材制造设备选择问题、批次划分问题和打印方向问题，采用三层整数编码，以实现对设备选择、批次划分、打印方向和工件布局问题进行整体优化；结合3D打印特点，引入考虑增材制造设备负载均衡及工件高度差的初始化策略和邻域搜索策略，通过群体智能算法进行求解，以达到极小化单位体积生产成本、极小化延期交货时间和极大化机器利用率的优化目标。优化目标。

【技术实现步骤摘要】
一种多工件混合打印的增材制造系统布局与调度方法


[0001]本专利技术涉及智能制造领域，更具体地涉及一种多工件混合打印的增材制造系统布局与调度方法。

技术介绍

[0002]为适应市场需求的发展趋势，现代企业由过去的单一化大批量生产方式转向个性化小批量生产方式；随着智能制造的发展，赋予了企业柔性生产的能力，以逐层增加材料的增材制造技术能实现任意复杂形状工件的生产，为个性化生产提供关键的使能技术；增材制造技术主要是由液化、粉末化、丝化的打印材料逐层堆积“打印”出设计好的工件，可简化工件的生产流程，降低工件在生产前期的投入成本；
[0003]将增材制造技术应用到单件小批量且种类繁多的个性化生产中，对多个工件批次划分并制定有效的生产计划和合理的调度方案能大幅提高企业的生产效率和效益；但在批次划分过程中批次和批量往往是柔性变化的，这样增大了生产计划和调度方案制定的难度；其次，生产中包含设备的选择问题、增材制造设备的批次划分问题、工件的打印方向问题以及工件的布局问题，这些问题彼此相互关联，相互影响，需从整体出发，建立全局优化模型；为了实现提高企业生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多工件混合打印的增材制造系统布局与调度方法，其特征在于：增材制造系统内包含多种规格的增材制造设备，该系统用于完成所有订单的打印任务；每个订单包含多种不同的工件，每个工件具有多种可选的打印方向；在同一打印周期内，多个不同的工件可以在同一增材制造设备上打印；该方法包括以下步骤：步骤1：确定所有工件可选用的增材制造设备和可选择的打印方向；根据工件的打印方向设计打印支撑结构并估算所需的打印时间；通过平行投影方法，获得工件在打印方向的投影；步骤2：采用三层整数序列表示待优化问题的解；第一层为工件编号序列，第二层为设备编号序列，第三层为打印方向序列；工件编号序列的长度与工件的数量一致；工件编号序列用来表示工件的放入顺序，每一个位置上都是一个整数，每个整数对应一个工件编号，工件编号序列的先后顺序代表工件的放入顺序；设备编号序列为对应工件的加工增材制造设备编号；打印方向序列为对应工件的打印方向编号；三层整数序列长度一致；步骤3：根据已知的订单信息，以极小化单位体积生产成本、极小化延期交货时间和极大化机器利用率为优化目标建立数学模型；在考虑增材制造设备成形工作台大小约束、批处理机调度约束、加工要求约束的基础上，建立打印任务调度约束；所述数学模型的优化目标通过以下方式构建：1)极小化单位体积生产成本是指整个生产系统中工件的生产成本之和除以所有工件的体积之和；其中生产成本为增材制造设备的运行成本和人工成本；增材制造设备的运行成本由单位时间增材制造设备工作成本乘以总生产阶段内所有设备打印时间构成，人工成本由单位时间人工成本乘以增材制造设备准备时间和增材制造设备打印时间构成；其中增材制造设备准备时间主要由冷却、清理、添加材料和预热时间组成；2)极小化延期交货时间是指在满足每个订单交货期的前提下，各订单的交货期与其完工时间的差累计和除以订单总数；3)极大化机器利用率是指在生产过程中，各个作业工件的打印方向的投影面积之和占总生产面积的比率；步骤4：根据工件在打印方向上的高度值，对所有订单中的工件进行批次划分和布局图生成，布局图包含工件的类型和数量以及工件的位置坐标信息，每个打印批次对应一幅布局图，具体步骤如下：4a：根据订单的交货期先后顺序，生成一条订单顺序序列；4b：根据订单顺序序列，依次对每个订单中的所有工件随机排序；根据工件的排序，依次将工件编号放入工件编号序列；4c：根据工件编号序列，依次随机确定各个工件的打印方向并放入打印方向序列；4d：根据工件编号序列，选择第一个工件；4e：通过高度信息确定将当前工件放入哪一幅布局图，再通过多边形碰撞检测方法确定其在所选布局图的位置；若无可选布局图，则选择一个增材制造设备新增一幅布局图；对于每个增材制造设备，都包含若干幅布局图，每幅布局图都对应一个打印批次，这些布局图和对应的打印批次就构成一个布局图集；每个增材制造设备均对应一个布局图集；其中所述打印批次代表对应的布局图在对应增材制造设备的打印顺序；
4f：根据布局图对应的增材制造设备序号放入设备编号序列，同时更新对应的布局图集；4g：根据工件编号序列，依次对所有工件执行步骤4e到4f，完成对所有工件的批次划分和布局图生成；步骤5：根据三层整数序列，通过布局方法得到各个增材制造设备的打印批次，具体步骤如下：5a：根据设备编号序列为工件分配设备，确定每个增材制造设备的待加工工件列表；5b：根据每个增材制造设备的工件列表，依次计算当前列表中的工件能否加入这个打印批次中，若工件能放入到当前打印批次，在打印批次中增加该工件，若不能，则在当前增材制造设备上增加新的一个打印批次；5c：反...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明富，成睿，黄晔，曾文玉，姜瑞森，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：