一种铁路货车车身喷涂作业并行机调度方法技术

本发明专利技术公开了一种铁路货车车身喷涂作业并行机调度方法，涉及喷涂作业技术领域，建立了并行机调度模型，以最小化最大完工时间目标建立模型目标函数，设计了一种基于樽海鞘群算法来求解该模型；樽海鞘群算法具有高鲁棒性，参数简单且易于操作，对不兼容作业族采用一种新的种群初始化方式，提高初始总体质量，采用多种邻域搜索策略，进一步提高解的质量，加速算法的收敛速度；通过得到的调度方法进行喷涂作业时，能够提高自动喷涂机喷涂效率和字符喷涂质量，减少人力资源的干预。减少人力资源的干预。减少人力资源的干预。

【技术实现步骤摘要】
一种铁路货车车身喷涂作业并行机调度方法


[0001]本专利技术属于喷涂作业
，具体涉及一种铁路货车车身喷涂作业并行机调度方法。

技术介绍

[0002]并行机调度问题(Parallel Machine Scheduling Problem,PMSP)在实际生产过程中属于一类复杂度较高的典型问题。它可以描述为n个工件在m台机器上加工，每个工件只需在机器上加工一次，求解最优的加工批次以使总的加工时间最短。与车间调度类似，一旦处理开始，就不能增加或减少批次中的作业。
[0003]货车车身喷涂作业工序种类复杂、工序繁多，是货车车厢出厂的关键工序，其喷涂质量和喷涂效率将直接影响整个货车产业链的产能。喷涂车间喷涂过程中存在很多约束因素，如字符数量，种类，车厢表面的粗糙度，道具数量等；此外自动喷涂机的喷涂参数影响了喷涂工序的质量，如喷头气泵进气量、喷头离车厢距离等这些参数可以通过内置软件自动调整；但由于自动喷涂的范围限制，自动喷涂机在喷涂处于不同端面的字符以及字号不同的字符时需要移动喷涂机以及重新设置喷涂参数，仍需人工干预为安排调度方案带来了很多不确定因素。因此，在提高自动喷涂机喷涂效率的同时，提高字符喷涂的质量，减少人力资源干预至关重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种铁路货车车身喷涂作业并行机调度方法，以最小化最大完工时间目标建立模型目标函数，设计了一种基于樽海鞘群算法来求解该模型；樽海鞘群算法具有高鲁棒性，参数简单且易于操作，对不兼容作业族采用一种新的种群初始化方式，提高初始总体质量，采用多种邻域搜索策略，进一步提高解的质量，加速算法的收敛速度。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种铁路货车车身喷涂作业并行机调度方法，包括如下步骤：
[0007]S1、根据货车喷涂工序特征建立并行机调度模型，调度模型包括：
[0008]1.1对调度模型进行合理的假设；
[0009]1.2设置参数和决策变量；
[0010]1.3构建调度模型的目标函数；
[0011]S 2、基于樽海鞘群算法优化计算目标函数；
[0012]2.1收集待加工数据，将带喷涂字符的每一个字号都视为一个加工任务，不同型号的喷枪视为不同的喷涂机器；
[0013]2.2采用工序编码OS和机器编码MS的双层编码方式转换上述待加工数据，将上述调度模型转换为数学模型，即变换成可以计算的数学问题；
[0014]2.3设置樽海鞘群算法的参数，按照步骤2.2的编码方式进行种群初始化；
[0015]2.4计算樽海鞘种群适应度值并排序，选出适应度最好的为领导者，其他均为跟随者；
[0016]2.5领导者做邻域搜索，跟随者做跟随运动，对种群进行重新排序，完成个体的更新迭代；
[0017]2.6重复步骤2.5，直到达到最大迭代次数，得到当前种群最优方案，为数学模型的最优解，即调度模型的最优解，也是调度模型目标函数的最优解；
[0018]S 3、对比验证调度模型和算法有效性。具体的，通过与以最小加工时间原则的调度方案进行对比，其中，最小加工时间原则：所有工序均选择加工时间最小的机器加工，即每个工序的MS部分是确定的，通过优化其工序排列部分，得到加工方案；然后与本专利技术得到的调度方法进行对比，验证其有效性。
[0019]可以和以最短加工时间为原则的加工方案对比，最短加工时间意为每道工序的加工机器选择其可选机器中加工时间最短的机器。
[0020]步骤1.1中调度模型合理的假设包括：
[0021]①
每个字符每个字号的喷涂任务都是独立的，不受其他喷涂任务的影响；
[0022]②
相同端面的喷涂作业不会超过自动喷涂机的工作空间；
[0023]③
每个作业任务最多只能在一个并行机处理；
[0024]④
每批产品在并行机上最多只能处理一次；
[0025]⑤
考虑喷涂不同端面字符时的移动自动喷涂机的时间；
[0026]⑥
考虑喷涂不同字号工序时自动喷涂机软件换参数时间；
[0027]⑦
在静态车间调度中，假设4个不同口径的喷枪喷涂64个不同尺寸的字符，车间中的机器和工件需要满足以下约束条件：
[0028](1)对工件加工工序进行预先指定；
[0029](2)机器在同一时间只能加工一个工件；
[0030](3)如果没有特殊情况，每个工件都具有平等的处理优先条件；
[0031](4)事先指定的处理时间和机器不得改变。
[0032]步骤1.2中的参数和决策变量包括：
[0033][0034][0035][0036][0037][0038]步骤1.3中的目标函数为：
[0039]minC
max
＝min[max(C
j
)]ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0040][0041]约束条件为：
[0042][0043][0044]C
ijk
≤S
ghk
+M(1
‑
γ
ijghk
)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0045]其中，式(1)表示工件最大完工时间最小，即最后一个完工的工序的完工时间最小；式(2)表示调度中人工移动小车时间最小，也就是人力资源使用量最小，对于自动喷涂工序而言，人工投入为其可变成本，是企业成本控制的主要方向；式(3)表示一道工序只能被一台机器加工；式(4)表示只有加工完工件的上一道工序才能开始加工工件的下一道工序；式(5)表示一台机器同时只能被一道工序占用。
[0046]上述1.1
‑
1.3为并行机调度模型建立过程步骤，参数和决策变量、约束条件、目标函数共同构成了这个并行机调度模型。
[0047]步骤2.2中，第一层工序编码方案：
[0048]初始个体采用Logistic混沌映射迭代方程得到工序编码的排序，混沌是确定性系统自发产生的不稳定现象，它能够不重复的经历一定范围的所有状态，利用混沌变量进行优化搜索比盲目随机搜索更具优越性。Logistic混沌映射迭
[0049]代方程为：y(k+1)＝μy(k)(1
‑
y(k)),k＝1,2...n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0050]x
j
＝u
j
+z
nj
(v
j
‑
u
j
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0051]式(6)中，y(k)为第k次迭代中混沌变量的取值，k为迭代次数，μ为参数；当参数μ取值为4时Logistic映射处于完全混沌状态，能够取得较好的结果。
[0052]式(7)中，v
j
和u
j
分别为第j维变量取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁路货车车身喷涂作业并行机调度方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、根据货车喷涂工序特征建立并行机调度模型，调度模型包括：1.1对调度模型进行合理的假设；1.2设置参数和决策变量；1.3构建调度模型的目标函数；S2、基于樽海鞘群算法优化计算目标函数；2.1收集待加工数据，将带喷涂字符的每一个字号都视为一个加工任务，不同型号的喷枪视为不同的喷涂机器；2.2采用工序编码OS和机器编码MS的双层编码方式转换上述待加工数据，将上述调度模型转换为数学模型；2.3设置樽海鞘群算法的参数，按照步骤2.2的编码方式进行种群初始化；2.4计算樽海鞘种群适应度值并排序，选出适应度最好的为领导者，其他均为跟随者；2.5领导者做邻域搜索，跟随者做跟随运动，对种群进行重新排序，完成个体的更新迭代；2.6重复步骤2.5，直到达到最大迭代次数，得到当前种群最优方案，为数学模型的最优解，即调度模型目标函数的最优解；S3、对比验证调度模型和算法有效性。2.根据权利要求1所述的铁路货车车身喷涂作业并行机调度方法，其特征在于：步骤1.1中调度模型合理的假设包括：
①
每个字符每个字号的喷涂任务都是独立的，不受其他喷涂任务的影响；
②
相同端面的喷涂作业不会超过自动喷涂机的工作空间；
③
每个作业任务最多只能在一个并行机处理；
④
每批产品在并行机上最多只能处理一次；
⑤
考虑喷涂不同端面字符时的移动自动喷涂机的时间；
⑥
考虑喷涂不同字号工序时自动喷涂机软件换参数时间；
⑦
在静态车间调度中，车间中的机器和工件需要满足以下约束条件：(1)对工件加工工序进行预先指定；(2)机器在同一时间只能加工一个工件；(3)每个工件都具有平等的处理优先条件；(4)事先指定的处理时间和机器不得改变。3.根据权利要求1所述的铁路货车车身喷涂作业并行机调度方法，其特征在于：步骤1.2中的参数和决策变量包括：
4.根据权利要求3所述的铁路货车车身喷涂作业并行机调度方法，其特征在于：步骤1.3中的目标函数为：minC
max
＝min[max(C
j
)]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，约束条件为：
C
ijk
≤S
ghk
+M(1
‑
γ
ijghk
)。
ꢀꢀꢀꢀ
(5)5.根据权利要求4所述的铁路货车车身喷涂作业并行机调度方法，其特征在于：步骤2.2中，第一层工序编码方案：初始个体采用Logistic混沌映射迭代方程得到工序编码的排序，Logistic混沌映射迭代方程为：y(k+1)＝μy(k)(1
‑
y(k)),k＝1,2...n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)x
j
＝u
j
+z
nj
(v
j
‑
u
j
)
ꢀꢀꢀꢀ
(7)其中，式(6)中，y...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈成，陈文兴，唐红涛，杨基源，胡韶，兰弘毅，郭文亮，邝稳钢，邹剑锋，刘星，吕娅，许勇，袁宁，赵安林，刘军祥，
申请(专利权)人：中车长江运输设备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：