CN103065004A

CN103065004A - 一种船舶曲面分段建造动态调度的方法

Info

Publication number: CN103065004A
Application number: CN2012105537822A
Authority: CN
Inventors: 王爱民; 卢治兵; 唐承统; 李京生
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-12-18
Also published as: CN103065004B

Abstract

本发明提供一种船舶曲面分段建造动态调度的方法，包括：接收生产过程中反馈的扰动事件，并针对扰动事件依据对传播曲面分段建造调度的影响程度进行分类；分析所述扰动事件对所述调度的影响范围；计算剩余场地边界，利用布局自动调度技术对受影响分段逐个进行处理。本发明能够为生产实际过程中可能出现的扰动事件进行相应的处理。

Description

一种船舶曲面分段建造动态调度的方法

技术领域

本发明涉及制造技术领域，特别涉及一种船舶曲面分段建造动态调度的方法。

背景技术

船舶曲面分段生产制造过程中生产的曲面分段属于大型装配体，在建造过程中需要完成曲面分段的焊接、装配和喷漆等工序，且由于曲面分段的重量大并且外形复杂导致曲面分段在生产过很难被移动，因此需要加工人员和制造资源移动于场地中各个曲面分段之间的虚拟流水式建造。所谓的虚拟流水式建造是指加工工件位置固定而制造资源流转于各个工件之间完成工件的生产。这种制造方式明显区别于普通车间内制造设备不动而工件流动于各个制造设备之间的生产模式。虚拟流水式建造由于主要加工对象是在场地中固定不动的曲面分段，负责不同加工任务的人员在各曲面分段之间进行流动生产完成曲面分段的制造，形成的是一种软性流式制造。

在实际生产过程中，生产调度方案在生产执行过程中受到复杂的动态生产环境的各种扰动信息的影响，会造成生产调度方案与生产实际产生偏差。此时如果不对制造过程中出现的扰动事件进行响应，将会直接导致生产调度方案与制造实际相剥离，使得生产调度方案丧失对生产实际的指导性，从而最终影响实际生产计划的执行，最终导致生产计划无法按照得到贯彻执行。

复杂动态生产环境具有不确定性、不准确性和不完备性等特点，具体到制造执行中存在来自生产任务、周转过程以及制造资源的扰动。船舶曲面分段动态调度由于具有时空耦合性的特点，生产扰动产生的影响更加复杂。尤其是涉及场地资源的扰动事件，由于曲面分段的特点使得生产具有时间延续性。因此曲面分段的生产加工需要扩展时间维度，使得曲面分段的调整由二维平面图形变为三维图形的调整，从而使得受影响曲面分段集合进一步扩大，增加了曲面分段调整的复杂度。所谓曲面分段时空耦合性是指曲面分段在场地空间内生产，占用场地面积属于空间范围，同时由于曲面分段会在场地中持续加工直到完成生产，因此会产生时间延续性，从而使其具有空间和时间双重影响范围。

船舶曲面分段建造过程中存在动态扰动事件与普通车间生产不同，其具有如下特点：首先曲面分段动态调度面对的扰动事件来自场地和制造资源两个层面，两者相互关联和影响，扰动的处理机制更加复杂，涉及的层次远远大于普通车间动态调度过程；其次曲面分段动态调度具有时空耦合性的特点，曲面分段调整的涉及范围由二维向着三维进行扩展，扰动处理范围大于普通车间；再次曲面分段的动态调度在场地空间布局上需要参考调度人员的经验，在动态调度的调整过程中，会对曲面分段位置的摆放会提出特殊的需求，从而迫切需要人机交互式的调度方式。

综上所述可行的空间动态调度方案对于船舶曲面分段的生产起着举足轻重的作用。对于船舶空间布局动态调度问题，虽然已有大量的研究，但往往存在以下不足：

（1）对于曲面分段制造过程中的动态扰动事件分析不够全面，由于曲面分段动态调度具有以上特点，同时由于存在大量的动态调度事件，针对每个事件进行单独的分析和处理，势必会造成资源的浪费，降低处理机制的柔性，无法从根本上解决动态调度问题。

（2）传统的曲面分段调度算法主要集中于研究场地布局算法，对于实际生产中出现的动态调度算法，研究较为欠缺。对于曲面分段的图形还无法进一步精确到任意多边形，而仍处于抽象后的规则矩形的算法处理，对于更为复杂的动态调度过程中面对的约束问题鲜有研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供船舶曲面分段建造动态调度的方法，从而为实际生产过程中可能出现的扰动事件进行相应的处理。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种船舶曲面分段建造动态调度的方法，包括：

步骤1、接收生产过程中反馈的扰动事件，并针对扰动事件依据对传播曲面分段建造调度的影响程度进行分类；

步骤2、分析所述扰动事件对所述调度的影响范围；

步骤3、计算剩余场地边界，利用布局自动调度技术对受影响分段逐个进行处理。

作为上述技术方案的优选，所述步骤1具体包括：

对扰动事件进行分类，以区分来自生产任务的内部扰动和来自制造资源的外部扰动。

作为上述技术方案的优选，所述步骤2具体包括：

对于内部扰动，根据调整后的生产任务优先级重新安排生成队列，优先加工优先级比较高的分段，并将优先级比较低的分段取出，步骤结束；

对于场地内部分段加工延期导致的外部扰动，分析所述外部扰动在当日和后续日内会影响那些分段，以建立受影响分段集合。

作为上述技术方案的优选，所述步骤3具体包括：

步骤31、当场地中分段被调整后，对场地内部的剩余面积进行分析，以剩余场地为依据构建出场地边界；

步骤32，获取分段的几何图形和场地边界的几何图形，通过确定分段是否在场地内与其他分段及场地边界发生碰撞，以获取分段在该场地内的分配方案；

步骤33、对所述可能的布置方案进行筛选以最终确定分段在场地内的布置位置，生成分段空间布局分配方案。

作为上述技术方案的优选，所述步骤31具体包括：

步骤311、对场地内现有分段进行分析，找出所有分段与场地边界接触的端点，构建端点集合；

步骤312、对端点集合中的点进行逐个分析，判断相邻三个点之间的关系，判断公式为：

COS = \frac{(s_{x} - m_{x}) \cdot (m_{x} - e_{x}) + (s_{y} - m_{y}) \cdot (m_{y} - e_{y})}{\sqrt{{(s_{x} - m_{x})}^{2} + {(s_{y} - m_{y})}^{2}} + \sqrt{{(m_{x} - e_{x})}^{2} + {(m_{y} - e_{y})}^{2}}}

其中：

cos为三个端点之间的关系系数，

s、m和e分别为起点端点、中间端点和结束端点，

s_x、s_y分别代表起点端点的x和y坐标。

步骤313、删除将端点集合中不符合筛选条件的端点，得到最终的可用边界点；

步骤314、将端点集合中剩余的端点按照统一的顺序进行连接，最终构成可用的场地可用边界形状。

作为上述技术方案的优选，所述步骤32具体包括：

步骤321、以端点坐标集合的形式描述分段的几何图形，并将集合中的坐标点顺序连接以形成分段的外轮廓图形；

步骤322、从所述端点坐标集合中选取一个端点的坐标作为该分段几何图形的定位基准点；

步骤323、选取待定的分段对应的端点坐标集合，以及所述待定的分段的定位基准点；

步骤324、以所述定位基准点沿X轴正方向做一条射线，并计算该射线与场地边界及已设置的分段的交叉的次数N；如果

步骤325、判断所述以及已排布分段边界碰撞的次数N；如果N/2=0，则该定位基准点在其他图形外部，跳转到步骤324；如果N/2=0，则该定位基准点在其他图形内部，确认该分段与其他分段或场地边界发生了碰撞；

步骤326、判断所述端点坐标集合中是否还有未处理过的端点，如果有则从所述未处理过的端点中一个端点的坐标作为该分段几何图形的定位基准点，并跳转到步骤323；如果否则确认该分段未发生碰撞。

作为上述技术方案的优选，所述步骤325中，当确认该分段与其他分段或场地边界发生了碰撞后还包括：

步骤325a、建立场地边界坐标的集合C；

步骤325b、选取一对边界点C_d分别作为边界的起始点和结束点；

步骤325c、将定位基准点从该起始点沿着所述场地边界向结束点方向移动，以判断该定位基准点对应的分段是否与其他分段发生了碰撞；如果与已有边界块发生碰撞后，则对碰撞点的位置通过以下公式进行判定：

{St}_{x} = \frac{(C_{d} | E_{x} - C_{d} | S_{x}) \cdot (P_{y} - C_{d} | S_{y})}{(C_{d} | E_{y} - C_{d} | S_{y}) + C_{d} | E_{x}}

C_d|S_x代表边界点中的起始点的X坐标，C_d|E_x则代表边界点中的结束点的X坐标；

如果标志点St_x大于分段定位基准点P_y，说明分段点在边界左侧，根据分段移动方向应该为远离碰撞边界的原则，则继续向着分段的左侧进行移动，直到不发生碰撞；

然后调换碰撞坐标点然后调换X和Y轴的顺序，并使用上述公式在Y轴方向上进行判断；

步骤325d、当该分段不与场地边界和其他分段发生碰撞后，记录该位置。

作为上述技术方案的优选，所述步骤33具体为：

通过分段的位置确定规则对分段的可能位置中的点集合进行筛选，分别将分段位置带入最大剩余矩形规则与最小包络面积规则中进行计算，得到在此优化规则下分段位置的优化指标，并最终筛选出最优化的位置作为该分段的位置。

作为上述技术方案的优选，其中所述最大剩余矩形规则具体为：

分段放入场地后，场地剩余面积能够构建出的面积最大的矩形的位置为最优化位置。

作为上述技术方案的优选，所述最小包络面积规则具体为：

步骤A、以所有分段位置中纵坐标不同且横坐标最大的点为包络点，建立包络点集合；

步骤B、将集合中的点首尾相接便构成了包络图形，并计算出包络面积；

步骤C、通过以下公式将每一可能位置对应的包络面积与包络范围内分段的总面积进行对比，并选择比值最大的可能位置：

{\min Z}_{s} = \frac{Σ_{i = 1, j = i + 1}^{m} [(P_{j} (y) - P_{i} (y)) * (P_{j} (x) + P_{i} (x)) * 0.5 |_{P_{j} (y) - P_{i} (y) &NotEqual; 0} + (P_{j} (y) - P_{i} (y)) * P_{j} (x) |_{P_{j} (y) - P_{i} (y) = 0}]}{Σ_{a}^{n} b_{a}}

其中：

P_i，j为分段在场地构成图形的外围包络点，由图形分析算法取得，P_i(x,y)为P点的x，y坐标；

b_a为包络范围内分段的面积；

m为包络面积外围包络点的总数，n为包络范围内所有分段的个数。

作为上述技术方案的优选，所述步骤32还包括：

当所述分段的位置确定后，对场地边界进行重新分析以将新加入的分段与原场地形状进行拟合，重新计算场地边界形状，从而简化分段碰撞检测步骤，直接检测分段与场地边界的碰撞即可完成分段位置的筛选。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明能够为实际生产过程中可能出现的扰动事件进行相应的处理。

附图说明

图1为本发明的实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明的实施例提供一种船舶曲面分段建造动态调度的方法，包括：

步骤2、分析所述扰动事件对所述调度的影响范围；

其中，所述步骤1具体包括：

步骤1中的对扰动事件进行分类，是通过对生产扰动事件进行分析，总结扰动事件处理流程，对动态扰动事件进行分类。依据扰动事件的来源分为来自生产任务的内部扰动和来自制造资源的外部扰动。例如，内部扰动主要来自生产任务的变化，即订单撤销与紧急订单的插入等，造成的曲面分段生产顺序的改变。以及来自外部的扰动主要包括生产加工延期，场地资源的占用，加工人员休息等场地生产扰动。对于生产任务内部扰动本发明采用曲面分段生产顺序调整技术，对新加入曲面分段按照交货期的需要，插入至场地中生产，同时对由于曲面分段插入造成的受到影响的曲面分段进行调整。对于场地生产扰动，则采用根据制造约束分析机制，对该生产扰动造成的影响范围进行分析，建立受影响曲面分段集合，进而对受影响曲面分段进行调整。

其中，所述步骤2具体包括：

在上述的步骤2中，提出了基于制造约束的受影响曲面分段分析技术。由于调度方案包含大量的曲面分段任务，其中曲面分段、资源以及两者之间的关系非常复杂，因此对调度方案的调整首先需要分析生产过程中复杂的关联约束，从而便于对调度方案造成的影响范围进行界定，为后续动态调度机制提供调整对象。通过对曲面分段调度的特点分析，本发明完成了对场地资源调度方式的制造约束的分析。场地资源调度调整主要以曲面分段碰撞约束为基础，此处的碰撞检测不仅存在于调整当天曲面分段之间，还必须考虑曲面分段生产扩展时间维度后，与其后加工日历中存在的曲面分段之间的碰撞问题，由此扩大了约束带来的分析范围。

其中，所述步骤3具体包括：

步骤32，获取分段的几何图形和场地边界的几何图形，通过确定分段是否在场地内与其他分段及场地边界发生碰撞，以获取分段在该场地内的可能的布置方案；

上述的步骤3是本发明实施例的核心，本发明实施例中利用分段动态调整技术对受影响分段集合中的元素进行逐个处理。具体的处理包括步骤31所述的剩余场地边界分析技术，以及步骤32所述的分段布局自动调度技术。以下本发明对步骤31和步骤32分别进行详细说明。

其中步骤31的剩余场地边界分析技术，是为了在当场地中分段被调整后对场地内部的剩余面积进行分析，以剩余场地为依据构建出场地边界，使得分段再次加入过后能够充分的利用场地面积。该技术的产生是为了适用于曲面分段空间布局调度技术。由于自动调度过程中，每次分段的加入都会将剩余面积分析为边界图形，以将自动调度过程转变为边界到分段再到边界的碰撞检测（碰撞检验将在步骤32中介绍）的过程。因此当分段被安排到场地中后，便会应用该技术将场地的剩余面积转化为场地边界，进而为后续分段的排布提供依据。场地剩余面积检测分析技术的核心是对分段加入场地后，进行分段与场地拼接，寻找所有可行端点进行分析，最终筛选出可行端点并通过连接得到可行边界的过程。因此，所述步骤31具体包括：

COS = \frac{(s_{x} - m_{x}) \cdot (m_{x} - e_{x}) + (s_{y} - m_{y}) \cdot (m_{y} - e_{y})}{\sqrt{{(s_{x} - m_{x})}^{2} + {(s_{y} - m_{y})}^{2}} + \sqrt{{(m_{x} - e_{x})}^{2} + {(m_{y} - e_{y})}^{2}}}

其中：

cos为三个端点之间的关系系数，

s、m和e分别为起点端点、中间端点和结束端点，

s_x、s_y分别代表起点端点的x和y坐标。

在确定了边界图形后，可以利用步骤32的碰撞检验来布置分段，以进行空间分布的调整，实现分段布局自动调度技。因此步骤32具体包括：

其中，所述步骤325中，当确认该分段与其他分段或场地边界发生了碰撞后还包括：

步骤325a、建立场地边界坐标的集合C；

{St}_{x} = \frac{(C_{d} | E_{x} - C_{d} | S_{x}) \cdot (P_{y} - C_{d} | S_{y})}{(C_{d} | E_{y} - C_{d} | S_{y}) + C_{d} | E_{x}}

由于步骤32中可能会选出多个

所述步骤33具体为：

其中，所述最大剩余矩形规则具体为：

其中，所述最小包络面积规则具体为：

{\min Z}_{s} = \frac{Σ_{i = 1, j = i + 1}^{m} [(P_{j} (y) - P_{i} (y)) * (P_{j} (x) + P_{i} (x)) * 0.5 |_{P_{j} (y) - P_{i} (y) &NotEqual; 0} + (P_{j} (y) - P_{i} (y)) * P_{j} (x) |_{P_{j} (y) - P_{i} (y) = 0}]}{Σ_{a}^{n} b_{a}}

其中：

b_a为包络范围内分段的面积；

其中，所述步骤32还包括：

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种船舶曲面分段建造动态调度的方法，其特征在于，包括：

步骤2、分析所述扰动事件对所述调度的影响范围；

2.根据权利要求1所述的船舶曲面分段建造动态调度的方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

3.根据权利要求2所述的船舶曲面分段建造动态调度的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

对于内部扰动，根据调整后的生产任务优先级重新安排生成队列，优先处理优先级比较高的分段，并将优先级比较低的分段取出；

4.根据权利要求3所述的船舶曲面分段建造动态调度的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

步骤33、对所述分配方案进行筛选以最终确定分段在场地内的分配位置，生成分段空间布局分配方案。

5.根据权利要求4所述的船舶曲面分段建造动态调度的方法，其特征在于，所述步骤31具体包括：

COS = \frac{(s_{x} - m_{x}) \cdot (m_{x} - e_{x}) + (s_{y} - m_{y}) \cdot (m_{y} - e_{y})}{\sqrt{{(s_{x} - m_{x})}^{2} + {(s_{y} - m_{y})}^{2}} + \sqrt{{(m_{x} - e_{x})}^{2} + {(m_{y} - e_{y})}^{2}}}

其中：

cos为三个端点之间的关系系数，

s、m和e分别为起点端点、中间端点和结束端点，

s_x、s_y分别代表起点端点的x和y坐标。

6.根据权利要求5所述的船舶曲面分段建造动态调度的方法，其特征在于，所述步骤32具体包括：

7.根据权利要求6所述的船舶曲面分段建造动态调度的方法，其特征在于，所述步骤325中，当确认该分段与其他分段或场地边界发生了碰撞后还包括：

步骤325a、建立场地边界坐标的集合C；

{St}_{x} = \frac{(C_{d} | E_{x} - C_{d} | S_{x}) \cdot (P_{y} - C_{d} | S_{y})}{(C_{d} | E_{y} - C_{d} | S_{y}) + C_{d} | E_{x}}

8.根据权利要求7所述的船舶曲面分段建造动态调度的方法，其特征在于，所述步骤33具体为：

9.根据权利要求8所述的船舶曲面分段建造动态调度的方法，其特征在于，其中所述最大剩余矩形规则具体为：

分段放入场地后，场地剩余面积能够构建出的面积最大的矩形的位置为最优化位置；

所述最小包络面积规则具体为：

{\min Z}_{s} = \frac{Σ_{i = 1, j = i + 1}^{m} [(P_{j} (y) - P_{i} (y)) * (P_{j} (x) + P_{i} (x)) * 0.5 |_{P_{j} (y) - P_{i} (y) &NotEqual; 0} + (P_{j} (y) - P_{i} (y)) * P_{j} (x) |_{P_{j} (y) - P_{i} (y) = 0}]}{Σ_{a}^{n} b_{a}}

其中：

b_a为包络范围内分段的面积；

10.根据权利要求9所述的船舶曲面分段建造动态调度的方法，其特征在于，所述步骤32还包括：