打孔機(jī)生產(chǎn)效能的提高

打孔機(jī)

生產(chǎn)效能的提高成員：廣西大學(xué)商學(xué)院陳偉宏廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院楊秀龍廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院黃爽爽指導(dǎo)老師：廣西大學(xué)數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院吳如雪打孔機(jī)

生產(chǎn)效能的提高成員：散點(diǎn)分布圖散點(diǎn)分布圖1．題目所提供的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。2．對(duì)于同一孔型鉆孔作業(yè)時(shí)間都是相同的。3．所有刀具均能順利的完成鉆孔工作。4．忽略尋找第一個(gè)孔位的時(shí)間。5．鉆頭的運(yùn)動(dòng)看作是質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)。模型假設(shè)1．題目所提供的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。模型假設(shè)①旅行商問題②2000多個(gè)點(diǎn)規(guī)模較大③有先后順序的要求題目分析①旅行商問題題目分析經(jīng)計(jì)算①刀具每轉(zhuǎn)換一下就需要耗費(fèi)18s；②距離最遠(yuǎn)的兩個(gè)孔位間行進(jìn)時(shí)間為1.759s。可知前者所耗費(fèi)的時(shí)間是后者的10倍還多。數(shù)據(jù)分析節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間為基點(diǎn)兼顧降低生產(chǎn)成本經(jīng)計(jì)算數(shù)據(jù)分析節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間為基點(diǎn)①換刀時(shí)間遠(yuǎn)大于行進(jìn)時(shí)間。②換刀時(shí)間與換刀成本取決于刀具轉(zhuǎn)換的次數(shù)。③各刀具狀態(tài)下的行進(jìn)時(shí)間和成本取決于各刀具作業(yè)時(shí)的行進(jìn)路程。因此時(shí)間最優(yōu)的方案應(yīng)滿足：刀具轉(zhuǎn)換次數(shù)最少刀具行進(jìn)路線最短。單鉆頭作業(yè)——問題分析①換刀時(shí)間遠(yuǎn)大于行進(jìn)時(shí)間。單鉆頭作業(yè)——問題分析打孔機(jī)生產(chǎn)效能的聯(lián)系打孔機(jī)生產(chǎn)效能的聯(lián)系序號(hào)1234567891011121314刀具abc1c2c3c4def1f2f3g1g2h加工

孔型A,CBECIJD,GD,IJEGFGF,H緊前

刀具－－－aef1－－－c1g2－d－對(duì)應(yīng)

序號(hào)－－－189－－－313－7－孔型ABCDEFGHIJ所需刀具aba,cd,e*c,fg,h*d,g,fhe,cf,c表1：10種孔型所需加工刀具及加工次序表2：刀具加工工序的信息表序號(hào)1234567891011121314刀具abc1c2c刀具最優(yōu)轉(zhuǎn)換分析①旅行商問題②規(guī)模較?、塾邢群箜樞虻囊蟮毒咦顑?yōu)轉(zhuǎn)換分析①旅行商問題刀具最優(yōu)轉(zhuǎn)換模型刀具最優(yōu)轉(zhuǎn)換模型－刀具j12345…1011121314刀具i換刀

次數(shù)abc1c2c3…f2f3g1g2h1a01222…332212b10111…443323c121000…334434c221000…334435c321000…33443…………………………………10f234333…0011211f334333…0011212g123444…1100113g223444…1100114h12333…22110表3：刀具轉(zhuǎn)換次數(shù)表－刀具j12345…1011121314刀具i換刀次數(shù)蟻

群

算

法

蟻

群

算

法

刀具dc1bahgfec2孔型D,GEBA,CF,HF,GE,G,JD,IC,I,J模型求解結(jié)果Matlab輸出結(jié)果：Shortest_Route=7、3、2、1、14、13、12、11、10、9、8、6、5、4Shortest_Length=9以上數(shù)據(jù)表示最少換刀次數(shù)為Q＝9次。刀具dc1bahgfec2孔型D,GEBA,CF,HF,GE打孔機(jī)生產(chǎn)效能的聯(lián)系打孔機(jī)生產(chǎn)效能的聯(lián)系單刀具TSP作業(yè)路徑分析①旅行商問題②規(guī)模一般③無先后順序的要求單刀具TSP作業(yè)路徑分析①旅行商問題單刀具TSP作業(yè)路徑模型單刀具TSP作業(yè)路徑模型遺傳算法貪心算法算法介紹可發(fā)現(xiàn)兩者優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)是互補(bǔ)的貪心遺傳算法遺傳算法算法介紹可發(fā)現(xiàn)兩者優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)是互補(bǔ)的貪心遺傳算法貪

心

遺

傳

算

法

流

程

圖貪

心

遺

傳

算

法

流

程

圖d(D,G)d(D,G)c2(C,I,J)c2(C,I,J)刀具孔型貪心遺傳算法(mil)dDG51420.63c1E32865.77bB95855.97aAC104439.17hFH24485.54gFG23110.18fEGJ63848.05eDI52084.16c2CIJ79332.00各刀具作業(yè)距離之和(mil)527441.45各條TSP線路計(jì)算結(jié)果刀具孔型貪心遺傳算法(mil)dDG51420.63c1E3打孔機(jī)生產(chǎn)效能的聯(lián)系打孔機(jī)生產(chǎn)效能的聯(lián)系序號(hào)端點(diǎn)X坐標(biāo)Y坐標(biāo)序號(hào)端點(diǎn)X坐標(biāo)Y坐標(biāo)1d1-321300-6240010h23173921705722d2-25812581388111g12130008926003c113020072020012g2-321300843004c12-28190041150013f1100800-652005b1-24980075860014f24477009079006b2-2710069900015e14899896128707a1-29880091900016e21690004170008a2-279400-6520017c211450003318009h1478083710018c22436800572400表7：經(jīng)編號(hào)的各端點(diǎn)坐標(biāo)表序號(hào)端點(diǎn)X坐標(biāo)Y坐標(biāo)序號(hào)端點(diǎn)X坐標(biāo)Y坐標(biāo)1d1-321300最短連接距離P為23234milＭatlab求解最小連接距離迭代次數(shù)距離/104mil最短連接距離P為23234milＭatlab求解最小連接距單鉆頭作業(yè)總模型單鉆頭作業(yè)總模型作業(yè)時(shí)間最優(yōu)——結(jié)果呈現(xiàn)作業(yè)路程/mil最短行進(jìn)時(shí)間/s作業(yè)成本/元550675.45236.43858.13刀具dc1bahgfec2孔型D,GEBA,CF,HF,GE,G,JD,IC,I,J作業(yè)路程/mil最短行進(jìn)時(shí)間/s作業(yè)成本/元550675.45236.43858.13刀具dc1bahgfec2孔型D,GEBA,CF,HF,GE,G,JD,IC,I,J作業(yè)時(shí)間最優(yōu)——結(jié)果呈現(xiàn)作業(yè)路程/mil最短行進(jìn)時(shí)間/s作業(yè)作業(yè)成本最優(yōu)分析①旅行商問題②規(guī)模較大③有先后順序的要求作業(yè)成本最優(yōu)分析①旅行商問題一、沿用貪心遺傳算法，對(duì)所有點(diǎn)（2814個(gè)）進(jìn)行整體優(yōu)化。（計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)）二、將時(shí)間最優(yōu)的作業(yè)路徑以降低成本為目標(biāo)進(jìn)行二次優(yōu)化。求解方法分析優(yōu)點(diǎn)：①加大了得到成本優(yōu)解的速度②兼顧了作業(yè)時(shí)間不至太長(zhǎng)一、沿用貪心遺傳算法，對(duì)所有點(diǎn)（2814個(gè)）進(jìn)行整體優(yōu)化。（問題分析時(shí)間最優(yōu)路徑與成本最優(yōu)路徑相比必然的共同部分：步成本<２.１元可能的區(qū)別部分：步成本>２.１元問題分析時(shí)間最優(yōu)路徑與成本最優(yōu)路徑相比１、隨機(jī)生成初始解２、隨機(jī)產(chǎn)生遺傳交換點(diǎn)傳統(tǒng)遺傳算法１、隨機(jī)生成初始解傳統(tǒng)遺傳算法改良的遺傳算法１、以時(shí)間最優(yōu)路徑作為初始解２、針對(duì)性地產(chǎn)生遺傳交換點(diǎn)改良的遺傳算法１、以時(shí)間最優(yōu)路徑作為初始解4.2.1.1改良遺傳算法的步驟：4.2.1.1改良遺傳算法的步驟：?jiǎn)毋@頭作業(yè)的成本最優(yōu)模型單鉆頭作業(yè)的成本最優(yōu)模型作業(yè)路程/mil最短行進(jìn)時(shí)間/s作業(yè)成本/元523483.0521342.93829.2882作業(yè)成本最優(yōu)——結(jié)果呈現(xiàn)作業(yè)路程/mil最短行進(jìn)時(shí)間/s作業(yè)成本/元523483.0作業(yè)路程/mil最短行進(jìn)時(shí)間/s作業(yè)成本/元523483.0521342.93829.2882單鉆頭作業(yè)結(jié)果對(duì)比作業(yè)路程/mil最短行進(jìn)時(shí)間/s作業(yè)成本/元550675.45236.43858.1329元106秒作業(yè)路程/mil最短行進(jìn)時(shí)間/s作業(yè)成本/元523483.0依次設(shè)A,B,C……J孔型的打孔時(shí)間為T1,T2,T3……T10則當(dāng)T1,T2,T3……T10取值不同時(shí)，雙鉆頭作業(yè)的情形均不相同。雙鉆頭作業(yè)——問題分析孔型ABCDEFGHIJ所需刀具aba,cd,e*c,fg,h*d,g,fhe,cf,c依次設(shè)A,B,C……J孔型的打孔時(shí)間為T1,T2,T3……T首先，我們不考慮打孔時(shí)間建立雙鉆頭問題的模型一雙鉆頭作業(yè)——模型一孔型ABCDEFGHIJ所需刀具aba,cd,e*c,fg,h*d,g,fhe,cf,c首先，我們不考慮打孔時(shí)間雙鉆頭作業(yè)——模型一孔型ABCDEF單鉆頭作業(yè)具體結(jié)果序號(hào)刀具孔型作業(yè)行程/mil時(shí)間/s花費(fèi)/元1dDG51420.637.256078.36502c1E32865.774.637750.08743bB95855.9713.5263146.08454aAC104439.1714.7375159.16535hFH24485.543.455237.31606gFG23110.183.261135.21997fEGJ63848.059.009797.30448eDI52084.167.349779.37639c2CIJ79332.0011.1946120.9020單鉆頭作業(yè)具體結(jié)果序號(hào)刀具孔型作業(yè)行程/mil時(shí)間/s花費(fèi)/算法解釋dc1bahgfec刀具使用線路循環(huán)圖算法解釋dc1bahgfec刀具使用線路循環(huán)圖計(jì)算結(jié)果方案一：線路1：d→c1→b→a→h線路2：g→f→e→c2

總時(shí)間：115.6127s方案二：線路1：h→g→f→e→c2線路2：d→c1→b→a總時(shí)間：124.2703s計(jì)算結(jié)果方案一：鉆頭一12345刀具與孔型d(D,G)c1(E)b(B)a(A,C)h(F,H)時(shí)間/s0,7.2625.26,29.8947.89,61.4279.42,94.16112.16,115.61鉆頭二等6等7等89刀具與孔型等g(F,G)等f(E,G,J)等e(D,I)c2(C,I,J)時(shí)間/s7.267.26,10.521.3729.89,38.900.7157.61,64.96100.96,112.167.26s，29.89s，112.16s[57.61,61.42]a,e,f在c2之前；c1在f之前；d在g之前；g在f之前；鉆頭一12345刀具與孔型d(D,G)c1(E)b(B)a時(shí)刻/s7.2629.89112.16合作間距/cm12.12415.53312.8897.50cm時(shí)刻/s7.2629.89112.16合作間距/cm12.1雙鉆頭作業(yè)結(jié)果計(jì)算雙鉆頭的作業(yè)時(shí)間：115.61s雙鉆頭的作業(yè)成本：相比單鉆頭少了2154.9*0.0254*0.06+2.1=5.38元。所以雙鉆頭的作業(yè)成本為858.13-5.38=852.75元雙鉆頭作業(yè)結(jié)果計(jì)算雙鉆頭的作業(yè)時(shí)間：雙鉆頭作業(yè)結(jié)果呈現(xiàn)

作業(yè)路程/mil最短行進(jìn)時(shí)間/s作業(yè)成本/元548520.55115.61852.75

雙鉆頭作業(yè)結(jié)果呈現(xiàn)

作業(yè)路程/mil最短行進(jìn)時(shí)間/s作業(yè)成本討論合作間距對(duì)生產(chǎn)效能的影響時(shí)刻/s7.2629.89112.16合作間距/cm12.12415.53312.889討論合作間距對(duì)生產(chǎn)效能的影響時(shí)刻/s7.2629.89112合作間距對(duì)生產(chǎn)效能的影響從圖中我們可以看出即使合作間距達(dá)到12cm，對(duì)該方案的影響也只有不到2秒鐘的作業(yè)時(shí)間，因此合作間距對(duì)生產(chǎn)線路與生產(chǎn)效能的影響不大。合作間距對(duì)生產(chǎn)效能的影響從圖中我們可以看出即使合作間距達(dá)到1綜上所述：當(dāng)兩鉆頭合作間距小于7.50cm時(shí)合作間距對(duì)雙鉆頭的作業(yè)路線和生產(chǎn)效能沒有影響；當(dāng)兩鉆頭的合作間距稍大于7.50cm時(shí)合作間距對(duì)雙鉆頭的作業(yè)路線和生產(chǎn)效能影響不大。合作間距的影響結(jié)果綜上所述：合作間距的影響結(jié)果接著我們考慮打孔機(jī)的打孔時(shí)間。以此建立雙鉆頭模型二線路劃分、接力打孔雙鉆頭作業(yè)——模型二孔型ABCDEFGHIJ所需刀具aba,cd,e*c,fg,h*d,g,fhe,cf,c接著我們考慮打孔機(jī)的打孔時(shí)間。雙鉆頭作業(yè)——模型二孔型ABC雙鉆頭問題方法介紹線路劃分①、兩條線路所用時(shí)間較均衡②、兩條線路可滿足刀具使用順序的要求接力打孔在不滿足合作間距的時(shí)間區(qū)間內(nèi)輪流作業(yè)。

雙鉆頭問題方法介紹線路劃分

解決雙鉆頭作業(yè)問題的模型解決雙鉆頭作業(yè)問題的模型以打孔時(shí)間為0.4s為例，研究雙鉆頭打孔過程以時(shí)間最優(yōu)路徑為例來進(jìn)行線路劃分236.43+2814*0.4＝1362.03s雙鉆頭作業(yè)——問題分析孔型ABCDEFGHIJ所需刀具aba,cd,e*c,fg,h*d,g,fhe,cf,c以打孔時(shí)間為0.4s為例，研究雙鉆頭打孔過程雙鉆頭作業(yè)——問序號(hào)打孔前(s)打孔后(s)X坐標(biāo)(mil)Y坐標(biāo)(mil)100.4-3213-62420.428220.82822-3013-62430.856441.2564-3013-424…………………………1484680.39680.79-1013.22714.71485680.8681.2-1013.22683.21486681.2681.6-981.742651.7…………………………28121360.81361.24478572428131361.21361.64478583428141361.6136243685724時(shí)間最優(yōu)路徑打孔時(shí)刻表序號(hào)打孔前(s)打孔后(s)X坐標(biāo)(mil)Y坐標(biāo)(mil)序號(hào)打孔前(s)打孔后(s)X坐標(biāo)(mil)Y坐標(biāo)(mil)100.4-3213-62420.428220.82822-3013-624…………………………1485680.8681.2-1013.22683.2時(shí)間最優(yōu)路徑拆分時(shí)刻表序號(hào)打孔前(s)打孔后(s)X坐標(biāo)(mil)Y坐標(biāo)(mil)100.4-981.742651.720.414980.81498-8922595…………………………1329680.42680.8243685724序號(hào)打孔前(s)打孔后(s)X坐標(biāo)(mil)Y坐標(biāo)(mil)合作間距對(duì)生產(chǎn)效能的影響scm合作間距對(duì)生產(chǎn)效能的影響sc