CN109240249B - 一种卷烟生产排产方法、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种卷烟厂排产方法以及系统、存储介质。分为卷包排产和制丝排产两部分，均基于遗传算法。其中卷包排产工具通过使用如图10中JuanBaoChromosome所示的染色体编码、如图1、2所示的初始化算子、如图3所示的交叉算子、如图4、5所示变异算子、如图6所示的选择算子。其中制丝排产工具通过使用如图10中ZhiSiChromosome所示的染色体编码，使用如图1、7所示的初始化算子、如图3所示的交叉算子、如图4、8所示的变异算子，如图9所示的选择算子，在卷烟厂排产中，本发明比通用APS系统速度快、效果好。

Description

一种卷烟生产排产方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及工业领域，尤其涉及一种卷烟生产排产方法、系统及存储介质。

背景技术

卷烟生产包括卷包和制丝两部分。卷包段分为喂丝、发射、卷接、包装、装箱5个工序，一个卷包订单可以包含所有或部分工序，每个工序可以使用一台或多台设备，卷包设备之间存在不可变的网状链路关系，当订单种类较多时喂丝机可能不足，此时可选择使用人工喂丝。制丝段根据工艺的不同，可分为7到10道工序，制丝工序可以分为加工工序和储存工序两类，制丝生产中二者交替进行，每道工序只能使用一台设备，制丝设备之间也存在不可变的网状链路关系，储柜的物料出入有通道限制。

卷烟生产工艺复杂、订单数量多，排产时需要综合考虑订单交期、设备生产能力、生产成本等因素，排产难度较大。人工排产速度慢、效果差、精度低，难以应对大规模的卷烟生产。近年来一些卷烟厂开始引进APS系统(高级计划与排程系统)进行自动化排产，但一般的APS系统无法贴合卷烟厂的排产需求，也没有针对卷烟的生产特点进行优化，未能完全解决卷烟厂排产问题。因此，如何快捷有效智能化的进行卷烟生产排产，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例第一方面提供了一种卷烟生产排产系统，包括：

卷包排产步骤，用以生成卷包生产的排产方案；

制丝排产步骤，用以生成制丝生产的排产方案；

进一步地，

卷包染色体，用以对卷包排产方案进行编码。

卷包初始化算子，用以随机生成正确的卷包染色体；

卷包交叉算子，用以将二个卷包染色体交叉生成一个新的卷包染色体；

卷包变异算子，将一个卷包染色体变异成另一个卷包染色体；

卷包选择算子，获得卷包染色体对应的排产方案，并选取适应度高的染色体；

具体地：

卷包排产工具使用如图10中JuanBaoChromosome所示的染色体编码、如图1、2所示的初始化算子、如图3所示的交叉算子、如图4、5所示变异算子、如图6所示的选择算子。

进一步地，

制丝染色体，用以对制丝排产方案进行编码。

制丝初始化算子，用以随机生成正确的制丝染色体；

制丝交叉算子，用以将二个制丝染色体交叉生成一个新的制丝染色体；

制丝变异算子，将一个制丝染色体变异成另一个制丝染色体；

制丝选择算子，获得制丝染色体对应的排产方案，并选取适应度高的染色体；

具体地：

制丝排产工具使用如图10中ZhiSiChromosome所示的染色体编码，使用如图7所示的初始化算子、如图3所示的交叉算子、如图4、8所示的变异算子，如图9所示的选择算子。

进一步地，卷包排产工具使用如图10中JuanBaoChromosome所示的染色体编码。

进一步地，卷包排产工具使用如图1、2所示的初始化算子。

进一步地，卷包排产工具使用如图3所示的交叉算子。

进一步地，卷包排产工具使用如图4、5所示的变异算子。

进一步地，卷包排产工具使用如图6所示的选择算子。

进一步地，制丝排产工具使用如图10中ZhiSiChromosome所示的染色体编码。

进一步地，制丝排产工具使用如1、7所示的初始化算子。

进一步地，制丝排产工具使用如图3所示的交叉算子。

进一步地，制丝排产工具使用如图4、8所示的变异算子。

进一步地，制丝排产工具使用如图9所示的选择算子。

本发明还公开了一种卷烟生产排产系统，包括卷包排产处理装置以及制丝排产处理装置，其特征在于：

卷包排产处理装置，用以生成卷包生产的排产方案；

制丝排产处理装置，用以生成制丝生产的排产方案。

进一步地，所述卷包排产处理装置包括：

初始化单元，用以随机生成正确的卷包染色体；

交叉处理单元，用以将二个卷包染色体交叉生成一个新的卷包染色体；

变异处理单元，将一个卷包染色体变异成另一个卷包染色体；

选择处理单元，获得卷包染色体对应的排产方案，并选取适应度高的染色体。

进一步地，所述制丝排产处理装置包括：

初始化单元，用以随机生成正确的制丝染色体；

交叉处理单元，用以将二个制丝染色体交叉生成一个新的制丝染色体；

变异处理单元，将一个制丝染色体变异成另一个制丝染色体；

选择处理单元，获得制丝染色体对应的排产方案，并选取适应度高的染色体。

本发明还公开了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行所述的卷烟生产排产方法。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例中的卷烟生产排产方法以及系统，紧密根据卷烟厂的生产行业特征进行的优化，进行卷烟生产排产时比通用APS系统效率高、效果好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的初始化算子的寻找工序的实际可用设备流程示意图；

图2是本发明实施例的卷包排产工具的初始化算子的流程示意图；

图3是本发明实施例的卷包排产工具的交叉算子的流程示意图；

图4是本发明实施例的卷包和制丝排产工具的变异算子中变异订单顺序的流程示意图；

图5是本发明实施例的卷包排产工具的变异算子中变异使用设备的流程示意图；

图6是本发明实施例的卷包排产工具的选择算子中根据染色体获取具体排产方案的流程示意图；

图7是本发明实施例的制丝排产工具的初始化算子的流程示意图；

图8是本发明实施例的制丝排产工具的变异算子中变异使用设备的流程示意图；

图9是本发明实施例的制丝排产工具的选择算子中根据染色体获取具体排产方案流程示意图。

图10是本发明使用的主要数据结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。此外，术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明里所述的染色体、交叉、变异概念，并非指生物学术语的含义，而是计算机遗传算法领域所述表述的含义。

本发明实施例包括卷包排产工具和制丝排产工具两部分。

其中卷包排产工具包括染色体编码、初始化算子、交叉算子、变异算子和选择算子几部分：

染色体编码：通过工序的顺序和工序使用的设备集合唯一的确定一个卷包生产方案。数据结构参阅图10中的JuanBaoChromosome。

初始化算子：生成一组对应正确卷包生产方案的染色体。分为找出工序的实际可用设备(处理流程参阅图1)和生成一组对应正确卷包生产方案的染色体(随机处理流程参阅图2)两部分，

图1的具体流程如下：

1、将每个工序的可用设备设为所有可以生产此工序的设备。

2、将所有工序加入集合S。

3、随机弹出S中的一个工序P。

4、判断P的前道工序F的可用设备都与P的可用设备相连，若否转步骤5，若是转步骤6。

5、从F的可用设备表中移除不与P的可用设备相连的设备，并将F加入S。

6、判断P的后道工序B的可用设备都与P的序可用设备相连，若否转步骤7，若是转步骤8。

7、从B的可用设备表中移除不与P的可用设备相连的设备，并将B加入S。

8、判断S中元素个数是否为0，若是：结束，若否：转步骤3

图2的具体流程如下：

1、将所有订单的所有工序加入集合S。

2、随机弹出S中一个可分配设备的工序P。

3、将P设备的设为P的可用设备的随机子集。

4、判断S中元素个数是否为0，若是结束，若否转步骤2。

交叉算子：交叉两个染色体得到一个新的对应正确卷包生产方案的染色体。处理流程如图3所示，具体流程如下：

1、将所有被交叉的染色的当前订单索引设为0。

2、创建一个空的染色体C记录交叉结果。

3、从所有被交叉的染色体中随机选择一个染色体T。

4、判断C是否已经包含了T的当前订单，若是转步骤5，若否转步骤6。

5、T的当前订单索引+1，转步骤4。

6、将T的当前订单和当前订单使用的设备加入C。

7、判断C是否已经包含了所有订单，若是结束，若否转步骤3。

变异算子：将一个染色体变为另一个对应正确卷包生产方案的染色体。分为变异订单顺序(流程如图4所示)和变异工序顺序(流程如图5所示)两种操作，

图4的具体流程如下：

1、随机调换染色体中两个订单的位置。

图5的具体流程如下：

1、随机选择一个不依赖其他工序的工序。

2、随机决定进行何种变异，若“增加一台设备”转步骤3，若“减少一台设备”转步骤4，若“重新分配设备”转步骤5。

3、在已选用设备基础上增加一台可用的设备，若无法增加则不变，转步骤6。

4、在已选用设备中随机减少一台，若当前可用设备为1台则不变，转步骤6。

5、重新在可用设备里随机选取设备，转步骤6。

6、重新分配受影响的其他工序的设备，结束。

选择算子：获取卷包染色体对应的排产方案，比较染色体的优劣。流程如图6所示，具体为：

1、获取染色体中的下一个工序。

2、计算工序在分配的设备上的开始结束时间，作为工序的生产计划。

3、判断是否已处理过染色体中的所有工序，若是结束，若否转步骤1。

其中制丝排产工具包括染色体编码、初始化算子、交叉算子、变异算子和选择算子几部分：

染色体编码：通过工序的顺序和工序使用的设备唯一的确定一个卷包生产方案。数据结构参阅图10中的ZhiSiChromosome。

初始化算子：生成一组对应正确制丝生产方案的染色体。分为找出工序的实际可用设备(处理流程参阅图1)和生成一组对应正确制丝生产方案的染色体(随机处理流程参阅图7)两部分。

图7的具体流程为：

1、将所有订单的所有工序加入集合S。

2、随机弹出S中一个可分配设备的工序P。

3、判断工序是储存工序且可以延后分配设备，若是转步骤2，若否转步骤4。

4、为P分配设备。

5、判断S中元素个数是否为0，若是结束，若否转步骤2。

交叉算子：交叉两个染色体得到一个新的对应正确制丝生产方案的制丝染色体。流程与卷包排产相同，如图3所示。

变异算子：将一个染色体变为另一个对应正确制丝生产方案的制丝染色体。同样分为变异订单顺序(流程如图4所示)和变异工序顺序(流程如图8所示)两种操作。图8的具体流程为：

1、随机选择一个设备可以改变的工序。

2、重新在可用设备里随机选取设备。

3、重新分配受影响的其他工序的设备。

选择算子：获取制丝染色体对应的排产方案，比较染色体的优劣。流程如图9所示，具体为：

1、获取染色体中的下一个工序。

2、判断工序是否分配了设备，若是转步骤3,若否转步骤4。

3、计算工序在分配的设备上的开始结束时间，作为工序的生产计划。转步骤6。

4、计算工序在每一台可选设备上的开始结束时间。

5、选取完成时间最早的设备和对应的开始结束时间，作为工序的生产计划。

6、判断是否已处理过染色体中的所有工序，若是结束，若否转步骤1。

本发明还提供一种卷烟生产排产系统，包括卷包排产处理装置以及制丝排产处理装置，其中，

卷包排产处理装置，用以生成卷包生产的排产方案；制丝排产处理装置，用以生成制丝生产的排产方案。

所述卷包排产处理装置包括：初始化单元，用以随机生成正确的卷包染色体；交叉处理单元，用以将二个卷包染色体交叉生成一个新的卷包染色体；变异处理单元，将一个卷包染色体变异成另一个卷包染色体；选择处理单元，获得卷包染色体对应的排产方案，并选取适应度高的染色体。

所述制丝排产处理装置包括：初始化单元，用以随机生成正确的制丝染色体；交叉处理单元，用以将二个制丝染色体交叉生成一个新的制丝染色体；变异处理单元，将一个制丝染色体变异成另一个制丝染色体；选择处理单元，获得制丝染色体对应的排产方案，并选取适应度高的染色体。

本申请实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述计算机执行上述任一实施例所述的数据处理方法。

卷包排产工具基于遗传算法(由染色体编码、初始化算子、变异算子、交叉算子和选择算子构成)。由于卷包生产的设备定牌、设备链路关系、每个卷接工序可使用不定数量的卷包机等原因，常规的编码方式、初始化算子、变异算子、交叉算子无法保证生成的染色体对应的是正确的排产方案。本发明实施例根据卷包生产的特点，设计了专用的染色体编码、初始化算子、变异算子和交叉算子，使各个步骤得到的染色体对应的都是正确的排产方案，从而避免的染色体正确性的检验，提高了卷包排产效率。

制丝排产工具同样基于遗传算法。制丝线在设计时某些工序的设备能力是过剩的，染色体中可以不设定这种工序的设备，在计算适应度时再使用启发式方式选择设备，可以减少种群数量，提高排产速度。同时和卷包排产一样，制丝排产一样可以通过使各个步骤得到的染色体对应的都是正确的排产方案的方式提高进一步速度。本发明实施例根据制丝生产的特点，设计了专用的染色体编码、初始化算子、变异算子和交叉算子，使各个步骤得到的染色体对应的都是正确的排产方案，并且将部分工序的设备的选择延后到计算适应度时进行，从而提高了制丝排产效率。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为根据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本发明实施例装置中的模块、单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例以及不同实施例的特征进行结合或组合。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以用硬件实现，或固件实现，或它们的组合方式来实现。当使用软件实现时，可以将上述功能存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。以此为例但不限于：计算机可读介质可以包括随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、电可擦可编程只读存储器(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。此外。任何连接可以适当的成为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术从网站、服务器或者其他远程源传输的，那么同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线和微波之类的无线技术包括在所属介质的定义中。如本发明所使用的，盘(Disk)和碟(disc)包括压缩光碟(CD)、激光碟、光碟、数字通用光碟(DVD)、软盘和蓝光光碟，其中盘通常磁性的复制数据，而碟则用激光来光学的复制数据。上面的组合也应当包括在计算机可读介质的保护范围之内。

总之，以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种卷烟排产方法，分为卷包排产算法和制丝排产算法两部分，均基于遗传算法，其特征在于，包括卷包排产步骤和制丝排产步骤，具体地：

卷包排产步骤，用以生成卷包生产的排产方案，包括卷包染色体编码、卷包初始化算子、卷包交叉算子、卷包变异算子、卷包选择算子，其中：

卷包染色体编码，使用JuanBaoChromosome对卷包排产方案进行编码；

卷包初始化算子，用以随机生成正确的卷包染色体，分为找出工序的实际可用设备和生成一组对应正确卷包生产方案的染色体两部分，其中，找出工序的实际可用设备的步骤包括：

1、将每个工序的可用设备设为所有可以生产此工序的设备；

2、将所有工序加入集合S；

3、随机弹出S中的一个工序P；

4、判断P的前道工序F的可用设备都与P的可用设备相连，若否转步骤

5，若是转步骤6；

5、从F的可用设备表中移除不与P的可用设备相连的设备，并将F加入S；

6、判断P的后道工序B的可用设备都与P的序可用设备相连，若否转步骤7，若是转步骤8；

7、从B的可用设备表中移除不与P的可用设备相连的设备，并将B加入S；

8、判断S中元素个数是否为0，若是：结束，若否：转步骤3；

生成一组对应正确卷包生产方案的染色体的步骤包括：

1、将所有订单的所有工序加入集合S；

2、随机弹出S中一个可分配设备的工序P；

3、将P设备的设为P的可用设备的随机子集；

4、判断S中元素个数是否为0，若是结束，若否转步骤2；

卷包交叉算子，用以将二个卷包染色体交叉生成一个新的卷包染色体，包括；

1、将所有被交叉的染色的当前订单索引设为0；

2、创建一个空的染色体C记录交叉结果；

3、从所有被交叉的染色体中随机选择一个染色体T；

4、判断C是否已经包含了T的当前订单，若是转步骤5，若否转步骤6；

5、T的当前订单索引+1，转步骤4；

6、将T的当前订单和当前订单使用的设备加入C；

7、判断C是否已经包含了所有订单，若是结束，若否转步骤3；

卷包变异算子，将一个卷包染色体变异成另一个卷包染色体，包括变异订单顺序和变异工序顺序，其中，变异订单顺序是指随机调换染色体中两个订单的位置，变异工序顺序包括：

1、随机选择一个不依赖其他工序的工序；

2、随机决定进行何种变异，若“增加一台设备”转步骤3，若“减少一台设备”转步骤4，若“重新分配设备”转步骤5；

3、在已选用设备基础上增加一台可用的设备，若无法增加则不变，转步骤6；

4、在已选用设备中随机减少一台，若当前可用设备为1台则不变，转步骤6；

5、重新在可用设备里随机选取设备，转步骤6；

6、重新分配受影响的其他工序的设备，结束；

卷包选择算子，获得卷包染色体对应的排产方案，并选取适应度高的染色体，包括：

1、获取染色体中的下一个工序；

2、计算工序在分配的设备上的开始结束时间，作为工序的生产计划；

3、判断是否已处理过染色体中的所有工序，若是结束，若否转步骤1；

制丝排产步骤，用以生成制丝生产的排产方案，包括制丝染色体、制丝初始化算子、制丝交叉算子、制丝变异算子、制丝选择算子，其中：

制丝染色体，使用JuanBaoChromosome对制丝排产方案进行编码；

制丝初始化算子，用以随机生成正确的制丝染色体，分为找出工序的实际可用设备和生成一组对应正确制丝生产方案的染色体，生成一组对应正确制丝生产方案的染色体的步骤包括：

1、将所有订单的所有工序加入集合S；

2、随机弹出S中一个可分配设备的工序P；

3、判断工序是储存工序且可以延后分配设备，若是转步骤2，若否转步骤4；

4、为P分配设备；

5、判断S中元素个数是否为0，若是结束，若否转步骤2；

制丝交叉算子，用以将二个制丝染色体交叉生成一个新的制丝染色体，其步骤和卷包的交叉算子步骤相同；

制丝变异算子，将一个制丝染色体变异成另一个制丝染色体，包括变异订单顺序和变异工序顺序，其中，变异订单顺序是指随机调换染色体中两个订单的位置，变异工序顺序包括：

1、随机选择一个设备可以改变的工序；

2、重新在可用设备里随机选取设备；

3、重新分配受影响的其他工序的设备；

制丝选择算子，获得制丝染色体对应的排产方案，并选取适应度高的染色体；

1、获取染色体中的下一个工序；

2、判断工序是否分配了设备，若是转步骤3,若否转步骤4；

3、计算工序在分配的设备上的开始结束时间，作为工序的生产计划，转步骤6；

4、计算工序在每一台可选设备上的开始结束时间；

5、选取完成时间最早的设备和对应的开始结束时间，作为工序的生产计划；

6、判断是否已处理过染色体中的所有工序，若是结束，若否转步骤1。

2.一种卷烟排产系统，包括卷包排产处理装置以及制丝排产处理装置，其特征在于：

卷包排产处理装置，采用权利要求1所述的卷包排产步骤，用以生成卷包生产的排产方案；

制丝排产处理装置，采用权利要求1所述的制丝排产步骤，用以生成制丝生产的排产方案。

3.如权利要求2所述的卷烟排产系统，其特征在于，所述卷包排产处理装置包括：

初始化单元，用以随机生成正确的卷包染色体；

交叉处理单元，用以将二个卷包染色体交叉生成一个新的卷包染色体；

变异处理单元，将一个卷包染色体变异成另一个卷包染色体；

选择处理单元，获得卷包染色体对应的排产方案，并选取适应度高的染色体。

4.如权利要求2所述的卷烟排产系统，其特征在于，所述制丝排产处理装置包括：

初始化单元，用以随机生成正确的制丝染色体；

交叉处理单元，用以将二个制丝染色体交叉生成一个新的制丝染色体；

变异处理单元，将一个制丝染色体变异成另一个制丝染色体；

选择处理单元，获得制丝染色体对应的排产方案，并选取适应度高的染色体。

5.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行权利要求1所述的卷烟排产方法。

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