CN112831874B - 基于单锭监测的启发式细纱接头调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于单锭监测的启发式细纱接头调度方法，其公开了一种能够将总断头时间最小化，显著减少生产损失的启发式细纱接头调度方法。由于采用了上述的细纱接头调度方法，本发明与现有接头调度方法相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过遗传算法实现总断头时间最小化的接头调度计算。同时，本发明在遗传算法创建初始化种群时加入启发式规则，实现调度路径的快速计算并能对计算结果进行优化，进一步提高工作效率，减小生产损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种细纱车间的接头调度方法，尤其涉及一种基于单锭监测与启发式算法的细纱接头调度方法。
背景技术
细纱断头不仅会造成原料浪费，而且会增加车间用工，同时，断纱产生的飞花会影响成纱质量。若细纱机上的断纱没有被及时发现和修复，细纱机上的一些零部件可能就会因断纱缠绕导致不能正常工作甚至损坏。及时有效发现并在最短的时间内处理机台断头可以有效地提高企业的生产效率，降低成本增加效益。
目前，遗传算法被广泛用细纱车间接头小车的调度方法主要采用先断先接的原则，并没有宏观考虑断头总时间。例如申请号为201710865894.4的专利公开了一种细纱智能导航系统及导航方法，采用先断先接、就近接头的原则进行接头调度。申请号为201811181584.1的专利公开了一种细纱车间接头小车的调度方法及采用该调度方法的系统，该方法在同品种纺纱时优先对断头时间长的锭位进行接头动作，两种方法虽然一定程度上提高了接头效率，减少了断头损失，但都没有实现所有断头锭位总断头时间的最小化。对于细纱工序来讲，断头造成的生产损失直接对应各断头的断头时间之和。
发明内容
本发明的目的是：提供一种综合考虑所有断头锭位的断头时间，将总断头时间最小化的接头调度方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于单锭监测的启发式细纱接头调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据工厂实际细纱机的布局建立位置坐标体系，每一锭锭子都赋予其对应的坐标，对于同一车弄的锭子赋予相同的纵坐标；
步骤2：根据优化目标建立数学模型，如下式所示：
Wi＝Wi-1+wi
式中，f及minW为总断头时间最短；i为当前断头数；Wi、Wa分别为第i个及第a个接头锭位的断头时长；wi第i个接头锭位比第(i-1)个接头锭位多等待的断头时长；li为第(i-1)个接头锭位至第i个接头锭位之间的路程；v接为接头小车行驶速度；t接为完成一个接头所需时间；
步骤3：设置遗传算法的初始化种群大小、启发式规则占初始种群的比例、选择概率、交叉概率、变异概率、迭代次数；
步骤4：细纱机通过单锭监测系统实时将断头锭号发送给控制系统，控制系统将断头锭号根据步骤1建立的坐标体系转换为断头坐标信息，同时，接头小车通过定位系统将小车坐标信息发送给中控系统；
步骤5：生成初始化接头路径样本种群，将初始化接头路径样本种群中部分个体赋予启发式规则；
步骤6：计算各个体的适应度；
步骤7：采用选择算子的方法，从上一步骤的种群中选择一些比较优良的个体，并将其复制到下一群体中；
步骤8：采用交叉算子的方法，随机选择一条父代染色体中的几个基因的起始位置，生成子代并保证被选中的同位置的子代基因与父代相同，将其余基因按顺序放入上一步生成的子代中，从而生成新的个体；
步骤9：采用变异算子的方法，随机将两个基因位进行交换，从而生成新的个体；
步骤10：对步骤2建立的数学模型进行多次迭代求解，计算出最优解并生成接头路径；
步骤11：当出现新断头时，更新断头位置信息并返回步骤3进行最优路径的计算。
优选地，步骤4中，所述单锭监测系统为现有技术，采用以下检测方法：
细纱机每一锭位前都安装一个电磁感应传感器，通过电磁感应原理对应监测该锭位的钢丝圈转速信号，当钢丝圈转速为零时，判断该锭位发生断头。
优选地，步骤5中，所述启发规则包括如下步骤：
步骤5.1：计算各车弄的断头数量；
步骤5.2：将各车弄的断头数量由大到小进行排序；当有两个车弄的断头数量一样时，计算车弄与接头小车间的纵坐标距离，距离接头小车近的车弄优先，从而确定车弄优先顺序；
步骤5.3：根据步骤5.2中的车弄优先顺序选择车弄；
步骤5.4：计算车弄中每个断头锭位至小车当前位置的距离，按从小到大排列；
步骤5.5：根据步骤5.2中的车弄优先顺序选择车弄，并重复步骤5.4，循环至所有存在断头的车弄都被选择过。
本发明提供了一种能够将总断头时间最小化，显著减少生产损失的启发式细纱接头调度方法。由于采用了上述的细纱接头调度方法，本发明与现有接头调度方法相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过遗传算法实现总断头时间最小化的接头调度计算。同时，本发明在遗传算法创建初始化种群时加入启发式规则，实现调度路径的快速计算并能对计算结果进行优化，进一步提高工作效率，减小生产损失。
附图说明
图1是本发明基于单锭监测的启发式细纱接头调度方法框架图；
图2是本发明启发式规则计算流程图；
图3是本发明基于启发式规则改进的遗传算法流程图；
图4是本发明实施例中初始规则路径图，图4中的序号1至序号11表示11个断头锭位，序号12表示接头小车。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下面结合实施例与附图对本发明作以下详细说明。本实施例假设一台接头小车管辖5台细纱机，当前存在10个断头，利用本发明提供的一种基于单锭监测的启发式细纱接头调度方法进行求解，如图1-4所示，其步骤如下：
步骤1：根据工厂实际细纱机的布局建立位置坐标体系。每一锭锭子都赋予其对应的坐标。对于同一车弄的锭子赋予相同的纵坐标。如图3，断头1至3在同一车弄中，因此纵坐标相同。
步骤2：根据优化目标建立数学模型：
Wi＝Wi-1+wi
式中，f及minW为总断头时间最短；i为当前断头数；Wi、Wa分别为第i个及第a个接头锭位的断头时长；wi第i个接头锭位比第(i-1)个接头锭位多等待的断头时长；li为第(i-1)个接头锭位至第i个接头锭位之间的路程；v接为接头小车行驶速度；t接为完成一个接头所需时间。
步骤3：设置种群初始化大小为100、启发式规则占初始种群30％、选择概率、交叉概率、变异概率、迭代次数。
步骤4：细纱机通过单锭监测系统实时将10个断头锭位的锭号发送给控制系统。控制系统接收到断头锭号信息后根据步骤1将断头锭号转换为断头坐标信息。接头小车通过定位系统将小车当前的坐标信息发送给控制系统。
步骤5：初始化接头路径样本种群，生成70条随机接头路径。生成启发式规则并将此启发式规则复制30条加入初始种群样本中。
计算启发式规则下的路径，如图4，具体步骤为：
步骤5.1：计算各车弄的断头数量，车弄1至车弄6的断头数分别为0、3、3、1、4、0。
步骤5.2：将各车弄的断头数由大到小进行排序。由于车弄2与车弄3的断头数都为3，因此计算车弄与接头小车间的纵坐标距离，距离接头小车近的车弄3优先。由此，断头数排序结果为4(车弄5)、3(车弄3)、3(车弄2)、1(车弄4)。
步骤5.3：根据步骤5.2中的车弄优先顺序先选择车弄5。
步骤5.4：计算车弄5中每个断头锭位至接头小车当前位置的距离，按从小到大排列，排列顺序为8→9→10→11。
步骤5.5：根据步骤5.2中的车弄优先顺序选择车弄3，并重复步骤5.4，排列顺序为6→5→4。根据步骤5.2中的车弄优先顺序选择车弄2，并重复步骤5.4，排列顺序为3→1→2。根据步骤5.2中的车弄优先顺序选择车弄4，并重复步骤5.4，排列顺序为7。至此所有车弄及断头锭位都被选择过。综合接头排序为8→9→10→11→6→5→4→3→1→2→7，即启发式规则下的路径为8→9→10→11→6→5→4→3→1→2→7。
步骤6：计算100个样本个体的适应度。
步骤7：采用选择算子的方法，从上一步骤的种群中选择一些比较优良的个体，并将其复制到下一群体中。
步骤8：采用交叉算子的方法，随机选择一条父代染色体中的几个基因的起始位置，生成子代并保证被选中的同位置的子代基因与父代相同，将其余基因按顺序放入上一步生成的子代中，从而生成新的个体。
步骤9：采用变异算子的方法，随机将两个基因位进行交换，从而生成新的个体。
步骤10：根据迭代次数对模型进行迭代求解，计算出最优解并生成接头路径。
步骤11：当出现新断头时，更新断头位置信息并返回步骤3进行最优路径的计算。
Claims (2)
1.一种基于单锭监测的启发式细纱接头调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据工厂实际细纱机的布局建立位置坐标体系，每一锭锭子都赋予其对应的坐标，对于同一车弄的锭子赋予相同的纵坐标；
步骤2：根据优化目标建立数学模型，如下式所示：
Wi＝Wi-1+wi
式中，f及min W为总断头时间最短；i为当前断头数；Wi、Wa分别为第i个及第a个接头锭位的断头时长；wi第i个接头锭位比第(i-1)个接头锭位多等待的断头时长；li为第(i-1)个接头锭位至第i个接头锭位之间的路程；v接为接头小车行驶速度；t接为完成一个接头所需时间；
步骤3：设置遗传算法的初始化种群大小、启发式规则占初始种群的比例、选择概率、交叉概率、变异概率、迭代次数；
步骤4：细纱机通过单锭监测系统实时将断头锭号发送给控制系统，控制系统将断头锭号根据步骤1建立的坐标体系转换为断头坐标信息，同时，接头小车通过定位系统将小车坐标信息发送给中控系统；
步骤5：生成初始化接头路径样本种群，将初始化接头路径样本种群中部分个体赋予启发式规则，所述启发式规则包括如下步骤：
步骤5.1：计算各车弄的断头数量；
步骤5.2：将各车弄的断头数量由大到小进行排序；当有两个车弄的断头数量一样时，计算车弄与接头小车间的纵坐标距离，距离接头小车近的车弄优先，从而确定车弄优先顺序；
步骤5.3：根据步骤5.2中的车弄优先顺序选择车弄；
步骤5.4：计算车弄中每个断头锭位至小车当前位置的距离，按从小到大排列；
步骤5.5：根据步骤5.2中的车弄优先顺序选择车弄，并重复步骤5.4，循环至所有存在断头的车弄都被选择过；
步骤6：计算各个体的适应度；
步骤7：采用选择算子的方法，从上一步骤的种群中选择一些比较优良的个体，并将其复制到下一群体中；
步骤8：采用交叉算子的方法，随机选择一条父代染色体中的几个基因的起始位置，生成子代并保证被选中的同位置的子代基因与父代相同，将其余基因按顺序放入上一步生成的子代中，从而生成新的个体；
步骤9：采用变异算子的方法，随机将两个基因位进行交换，从而生成新的个体；
步骤10：对步骤2建立的数学模型进行多次迭代求解，计算出最优解并生成接头路径；
步骤11：当出现新断头时，更新断头位置信息并返回步骤3进行最优路径的计算。
2.如权利要求1所述的一种基于单锭监测的启发式细纱接头调度方法，其特征在于，步骤4中，所述单锭监测系统采用以下检测方法：
细纱机每一锭位前都安装一个电磁感应传感器，通过电磁感应原理对应监测该锭位的钢丝圈转速信号，当钢丝圈转速为零时，判断该锭位发生断头。
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