CN109063932B - 一种用于电控箱装配过程的优化调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电控箱装配过程的优化调度方法，属于生产车间智能优化调度领域。本发明提出了电控箱装配过程的调度模型和优化目标，可在短时间内获得电控箱装配过程的调度问题的优良解，使得机械制造自动化生产过程更加清晰准确，调度方法合理有效，提高了工厂的生产效率。

Description

一种用于电控箱装配过程的优化调度方法

技术领域

本发明涉及一种用于电控箱装配过程的优化调度方法，属于生产车间智能优化调度领域。

背景技术

电的发现和应用极大的节省了人类的体力劳动和脑力劳动，使人类的力量长上了翅膀，使人类的信息触角不断延伸。随着对电的应用技术的发展，为了更好的实现对电路的控制和测量，电控箱应运而生，它包含一个或多个开关设备以及与之相关的控制、测量、信号、保护、调节等设备，并且由制造厂家负责将其完整的组装在一起的。电控箱是我们生活中一种常见的电控设备，能够将复杂电路的控制装置及测量装置集成在一个铁盒中。电控箱在各行各业中都有应用随处可见，它一般是一个电源进线和多个供电输出回路。随着社会对电能源的研究和发展，电控箱的需求也必然增多，因此，提高电控箱的装配效率，将大大提高企业的经济效益。

在电控箱的装配过程中，其装配流程可以大致分为接线、放线、接线头的压制、检验、包装等。对于具有自动化装配线的大型企业，接线、放线等操作都由机器完成；对于设备较落后的小型工厂，几乎所有操作都由工人手工完成；但无论是大型企业还是小型工厂，其加工流程大都相同。在实际装配中，由于电控箱规格和设备数的不同，造成电控箱在各个操作阶段的操作时间有所不同。另外，装配过程也存在着一定约束，如一台设备和一个工人同一时间只能操作一个电控箱和一台电控同一时间只能存在一种操作等。这种问题属于典型的流水线调度问题。

发明内容

本发明提供了一种用于电控箱装配过程的优化调度方法，以用于解决在较短时间内获得电控箱装配过程的优良解的调度问题。

本发明的技术方案是：一种用于电控箱装配过程的优化调度方法，通过确定电控箱在装配过程中的排列调度模型和优化目标，并提出基于混合水波算法的优化调度方法对目标进行优化；其中，排列调度模型根据每个产品所要经过的装配操作数和相应操作的操作时间而建立，同时确定优化目标为最小化最大完工时间C_max(π)：

式中，电控箱的个数为n，需要的装配操作数为m，该优化调度问题的一个解为π＝{π₁,π₂,……,π_n}，π表示电控箱的被装配顺序，π_i为装配顺序π中第i个被装配的电控箱，

为电控箱π_i在装配操作j结束后的完工时刻，

代表电控箱π_i装配操作j需要的装配时间，电控箱在装配过程中存在着以下约束，装配操作一旦开始后不允许中断也不允许抢占加工，某台机器在同一时刻只能装配一个电控箱，某个电控箱在同一时刻只能被一台机器操作；优化目标为在所有电控箱的被装配顺序的集合中找到一个π，使得最大完工时间C_max(π)最小。

所述基于混合水波算法的优化调度方法具体为：

Step1、编码方式及初始化：采用随机生成的方法产生n维向量x，且x_i为[1,10]的随机实数，即代表一个水波，并初始化水波传播的波长λ＝λ₀和波高h＝h_max；利用LOV规则将其转化为一个初始解π，计算相应解的目标值，直至初始解的数量达到要求的规模popsize，选择所有水波中的最优水波为历史最优解；其中，λ为水波传播的波长，h表示水波的波高，λ₀表示初始化的水波传播的波长，h_max表示初始化的水波的波高；

Step2、水波的更新：

1)若水波的波长h＝0时，则水波根据以下方式进行折射：

其中，水波x传播后生成由x_i'构成的新水波x'，

为历史最优解所对应的水波向量的第i维，在水波发生折射后重置水波的波高h＝h_max；其中，h_max表示初始化的水波的波高；

将新生成的水波通过LOV规则转化为排列解π并评价其目标值：若优于传播前的目标值则对原水波进行替换，否则不替换；

2)否则，对每个水波进行传递操作，传播操作就是将水波向量的x的每一维根据以下公式进行：

x′_i＝x_i+rand(-1,1)·λL_i

其中，水波x传播后生成由x_i'构成的新水波x'，rand(-1,1)为[-1,1]之间均匀分布的随机数，λ为水波传播的波长，L_i为水波第i维的搜索宽度，其取值范围为(0,2)；若x_i'超出范围[1,10]，则随机生成一个该范围内的随机数赋值给该位置；

将新生成的水波通过LOV规则转化为排列解π并评价其目标值：若优于传播前的目标值则对原水波进行替换；否则，对原水波的波长和波高进行衰减操作：

λ＝αλ

h＝h-1

其中，α为波长的衰减系数；

Step3、水波的变异操作：在水波更新完后，对目标值较差的水波进行概率选择，即随机生成(0,1)之间的随机数P，当P≤P_m时，对该水波进行变异操作，否则，不做变换；其中目标值较差的水波指其目标值低于当前所有水波的平均目标值，P_m表示发生变异操作的阈值；

Step4、局部搜索操作：对目标值较优的水波进行Insert局部搜索操作；其中，目标值较优的水波指其目标值高于当前所有水波的平均目标值；

Step5、更新历史最优解；

Step6、终止条件：设定终止条件为最大迭代次数：如果满足，则输出历史最优解；否则跳转至Step2，直到满足终止条件。

本发明的有益效果是：本发明提出了电控箱装配过程的调度模型和优化目标，可在短时间内获得电控箱装配过程的调度问题的优良解，使得机械制造自动化生产过程更加清晰准确，调度方法合理有效，提高了工厂的生产效率。

附图说明

图1为本发明的整体流程框图；

图2为本发明中问题解的表达示意图；

图3为本发明的变异操作示意图；

图4为本发明的“Insert”局部搜索示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1-4所示，一种用于电控箱装配过程的优化调度方法，通过确定电控箱在装配过程中的排列调度模型和优化目标，并提出基于混合水波算法的优化调度方法对目标进行优化；其中，排列调度模型根据每个产品所要经过的装配操作数和相应操作的操作时间而建立，同时确定优化目标为最小化最大完工时间C_max(π)：

式中，电控箱的个数为n，需要的装配操作数为m，该优化调度问题的一个解为π＝{π₁,π₂,…,π_n}，π表示电控箱的被装配顺序，π_i为装配顺序π中第i个被装配的电控箱，

为电控箱π_i在装配操作j结束后的完工时刻，

代表电控箱π_i装配操作j需要的装配时间，电控箱在装配过程中存在着以下约束，装配操作一旦开始后不允许中断也不允许抢占加工，某台机器在同一时刻只能装配一个电控箱，某个电控箱在同一时刻只能被一台机器操作；优化目标为在所有电控箱的被装配顺序的集合中找到一个π，使得最大完工时间C_max(π)最小。

进一步地，可以设置所述基于混合水波算法的优化调度方法具体为：

Step1、编码方式及初始化：采用随机生成的方法产生n维向量x，且x_i为[1,10]的随机实数，即代表一个水波，并初始化水波传播的波长λ＝λ₀和波高h＝h_max；利用LOV规则将其转化为一个初始解π，计算相应解的目标值，直至初始解的数量达到要求的规模popsize，选择所有水波中的最优水波为历史最优解；其中，λ为水波传播的波长，h表示水波的波高，λ₀表示初始化的水波传播的波长，h_max表示初始化的水波的波高；譬如有8个待装配的电控箱，3个操作过程，由于装配过程是流水线，所以在编码时只需考虑工件个数即可。随机编码后产生一个装配序列为[4,2,7,1,8,5,6,3]。一号位置的4表示第一个进入装配线的是4号电控箱，二号位置的2表示第二个进入装配线的是2号电控箱，依次类推。

Step2、水波的更新：

1)若水波的波长h＝0时，则水波根据以下方式进行折射：

其中，水波x传播后生成由x_i'构成的新水波x'，

为历史最优解所对应的水波向量的第i维，在水波发生折射后重置水波的波高h＝h_max；其中，h_max表示初始化的水波的波高；

将新生成的水波通过LOV规则转化为排列解π并评价其目标值：若优于传播前的目标值则对原水波进行替换，否则不替换；

2)否则，对每个水波进行传递操作，传播操作就是将水波向量的x的每一维根据以下公式进行：

x′_i＝x_i+rand(-1,1)·λL_i

其中，水波x传播后生成由x_i'构成的新水波x'(x_i'为新水波的第i维)，rand(-1,1)为[-1,1]之间均匀分布的随机数，λ为水波传播的波长，L_i为水波第i维的搜索宽度，其取值范围为(0,2)；若x_i'超出范围[1,10]，则随机生成一个该范围内的随机数赋值给该位置；

将新生成的水波通过LOV规则转化为排列解π并评价其目标值：若优于传播前的目标值则对原水波进行替换；否则，对原水波的波长和波高进行衰减操作：

λ＝αλ

h＝h-1

其中，α为波长的衰减系数；

Step3、水波的变异操作：在水波更新完后，对目标值较差的水波进行概率选择，即随机生成(0,1)之间的随机数P，当P≤P_m时，对该水波进行变异操作，否则，不做变换；其中目标值较差的水波指其目标值低于当前所有水波的平均目标值，P_m表示发生变异操作的阈值；

Step4、局部搜索操作：对目标值较优的水波进行Insert局部搜索操作；其中，目标值较优的水波指其目标值高于当前所有水波的平均目标值；

Step5、更新历史最优解；

Step6、终止条件：设定终止条件的最大迭代次数为300：如果满足，则输出历史最优解；否则跳转至Step2，直到满足终止条件。

所述种群规模设置为popsize＝100，波长初始值λ₀＝2，波高初始值h_max＝5，波长的衰减系数α＝0.85。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种用于电控箱装配过程的优化调度方法，其特征在于：通过确定电控箱在装配过程中的排列调度模型和优化目标，并提出基于混合水波算法的优化调度方法对目标进行优化；其中，排列调度模型根据每个产品所要经过的装配操作数和相应操作的操作时间而建立，同时确定优化目标为最小化最大完工时间C_max(π)：

式中，电控箱的个数为n，需要的装配操作数为m，该优化调度问题的一个解为π＝{π₁,π₂,…,π_n}，π表示电控箱的被装配顺序，π_i为装配顺序π中第i个被装配的电控箱，

为电控箱π_i在装配操作j结束后的完工时刻，

代表电控箱π_i装配操作j需要的装配时间，电控箱在装配过程中存在着以下约束，装配操作一旦开始后不允许中断也不允许抢占加工，某台机器在同一时刻只能装配一个电控箱，某个电控箱在同一时刻只能被一台机器操作；优化目标为在所有电控箱的被装配顺序的集合中找到一个π，使得最大完工时间C_max(π)最小；

所述基于混合水波算法的优化调度方法具体为：

Step1、编码方式及初始化：采用随机生成的方法产生n维向量x，且x_i为[1,10]的随机实数，即代表一个水波，并初始化水波传播的波长λ＝λ₀和波高h＝h_max；利用LOV规则将其转化为一个初始解π，计算相应解的目标值，直至初始解的数量达到要求的规模popsize，选择所有水波中的最优水波为历史最优解；其中，λ为水波传播的波长，h表示水波的波高，λ₀表示初始化的水波传播的波长，h_max表示初始化的水波的波高；

Step2、水波的更新：

1)若水波的波长h＝0时，则水波根据以下方式进行折射：

其中，水波x传播后生成由x′_i构成的新水波x'，

为历史最优解所对应的水波向量的第i维，在水波发生折射后重置水波的波高h＝h_max；其中，h_max表示初始化的水波的波高；

将新生成的水波通过LOV规则转化为排列解π并评价其目标值：若优于传播前的目标值则对原水波进行替换，否则不替换；

2)否则，对每个水波进行传递操作，传播操作就是将水波向量的x的每一维根据以下公式进行：

x′_i＝x_i+rand(-1,1)·λL_i

其中，水波x传播后生成由x′_i构成的新水波x'，rand(-1,1)为[-1,1]之间均匀分布的随机数，λ为水波传播的波长，L_i为水波第i维的搜索宽度，其取值范围为(0,2)；若x′_i超出范围[1,10]，则随机生成一个该范围内的随机数赋值给该位置；

将新生成的水波通过LOV规则转化为排列解π并评价其目标值：若优于传播前的目标值则对原水波进行替换；否则，对原水波的波长和波高进行衰减操作：

λ＝αλ

h＝h-1

其中，α为波长的衰减系数；

Step3、水波的变异操作：在水波更新完后，对目标值较差的水波进行概率选择，即随机生成(0,1)之间的随机数P，当P≤P_m时，对该水波进行变异操作，否则，不做变换；其中目标值较差的水波指其目标值低于当前所有水波的平均目标值，P_m表示发生变异操作的阈值；

Step4、局部搜索操作：对目标值较优的水波进行Insert局部搜索操作；其中，目标值较优的水波指其目标值高于当前所有水波的平均目标值；

Step5、更新历史最优解；

Step6、终止条件：设定终止条件为最大迭代次数：如果满足，则输出历史最优解；否则跳转至Step2，直到满足终止条件。

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