打孔機

生產(chǎn)效能的提高成員：廣西大學商學院陳偉宏廣西大學計算機與電子信息學院楊秀龍廣西大學計算機與電子信息學院黃爽爽指導老師：廣西大學數(shù)學與信息科學學院吳如雪打孔機

生產(chǎn)效能的提高成員：散點分布圖散點分布圖1．題目所提供的數(shù)據(jù)真實可靠。2．對于同一孔型鉆孔作業(yè)時間都是相同的。3．所有刀具均能順利的完成鉆孔工作。4．忽略尋找第一個孔位的時間。5．鉆頭的運動看作是質點的直線運動。模型假設1．題目所提供的數(shù)據(jù)真實可靠。模型假設①旅行商問題②2000多個點規(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)計算①刀具每轉換一下就需要耗費18s；②距離最遠的兩個孔位間行進時間為1.759s。可知前者所耗費的時間是后者的10倍還多。數(shù)據(jù)分析節(jié)約生產(chǎn)時間為基點兼顧降低生產(chǎn)成本經(jīng)計算數(shù)據(jù)分析節(jié)約生產(chǎn)時間為基點①換刀時間遠大于行進時間。②換刀時間與換刀成本取決于刀具轉換的次數(shù)。③各刀具狀態(tài)下的行進時間和成本取決于各刀具作業(yè)時的行進路程。因此時間最優(yōu)的方案應滿足：刀具轉換次數(shù)最少刀具行進路線最短。單鉆頭作業(yè)——問題分析①換刀時間遠大于行進時間。單鉆頭作業(yè)——問題分析打孔機生產(chǎn)效能的聯(lián)系打孔機生產(chǎn)效能的聯(lián)系序號1234567891011121314刀具abc1c2c3c4def1f2f3g1g2h加工

孔型A,CBECIJD,GD,IJEGFGF,H緊前

刀具－－－aef1－－－c1g2－d－對應

序號－－－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1234567891011121314刀具abc1c2c刀具最優(yōu)轉換分析①旅行商問題②規(guī)模較?、塾邢群箜樞虻囊蟮毒咦顑?yōu)轉換分析①旅行商問題刀具最優(yōu)轉換模型刀具最優(yōu)轉換模型－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模型求解結果Matlab輸出結果：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打孔機生產(chǎn)效能的聯(lián)系打孔機生產(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)點與缺點是互補的貪心遺傳算法遺傳算法算法介紹可發(fā)現(xiàn)兩者優(yōu)點與缺點是互補的貪心遺傳算法貪

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線路計算結果刀具孔型貪心遺傳算法(mil)dDG51420.63c1E3打孔機生產(chǎn)效能的聯(lián)系打孔機生產(chǎn)效能的聯(lián)系序號端點X坐標Y坐標序號端點X坐標Y坐標1d1-321300-6240010h23173921705722d2-25812581388111g12130008926003c113020072020012g2-321300843004c12-28190041150013f1100800-652005b1-24980075860014f24477009079006b2-2710069900015e14899896128707a1-29880091900016e21690004170008a2-279400-6520017c211450003318009h1478083710018c22436800572400表7：經(jīng)編號的各端點坐標表序號端點X坐標Y坐標序號端點X坐標Y坐標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)時間最優(yōu)——結果呈現(xiàn)作業(yè)路程/mil最短行進時間/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最短行進時間/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)時間最優(yōu)——結果呈現(xiàn)作業(yè)路程/mil最短行進時間/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，對所有點（2814個）進行整體優(yōu)化。（計算時間過長）二、將時間最優(yōu)的作業(yè)路徑以降低成本為目標進行二次優(yōu)化。求解方法分析優(yōu)點：①加大了得到成本優(yōu)解的速度②兼顧了作業(yè)時間不至太長一、沿用貪心遺傳算法，對所有點（2814個）進行整體優(yōu)化。（問題分析時間最優(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元問題分析時間最優(yōu)路徑與成本最優(yōu)路徑相比１、隨機生成初始解２、隨機產(chǎn)生遺傳交換點傳統(tǒng)遺傳算法１、隨機生成初始解傳統(tǒng)遺傳算法改良的遺傳算法１、以時間最優(yōu)路徑作為初始解２、針對性地產(chǎn)生遺傳交換點改良的遺傳算法１、以時間最優(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：單鉆頭作業(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最短行進時間/s作業(yè)成本/元523483.0521342.93829.2882作業(yè)成本最優(yōu)——結果呈現(xiàn)作業(yè)路程/mil最短行進時間/s作業(yè)成本/元523483.0作業(yè)路程/mil最短行進時間/s作業(yè)成本/元523483.0521342.93829.2882單鉆頭作業(yè)結果對比作業(yè)路程/mil最短行進時間/s作業(yè)成本/元550675.45236.43858.1329元106秒作業(yè)路程/mil最短行進時間/s作業(yè)成本/元523483.0依次設A,B,C……J孔型的打孔時間為T1,T2,T3……T10則當T1,T2,T3……T10取值不同時，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A,B,C……J孔型的打孔時間為T1,T2,T3……T首先，我們不考慮打孔時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，我們不考慮打孔時間雙鉆頭作業(yè)——模型一孔型ABCDEF單鉆頭作業(yè)具體結果序號刀具孔型作業(yè)行程/mil時間/s花費/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)具體結果序號刀具孔型作業(yè)行程/mil時間/s花費/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)圖計算結果方案一：線路1：d→c1→b→a→h線路2：g→f→e→c2

總時間：115.6127s方案二：線路1：h→g→f→e→c2線路2：d→c1→b→a總時間：124.2703s計算結果方案一：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時刻/s7.2629.89112.16合作間距/cm12.12415.53312.8897.50cm時刻/s7.2629.89112.16合作間距/cm12.1雙鉆頭作業(yè)結果計算雙鉆頭的作業(yè)時間：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)結果計算雙鉆頭的作業(yè)時間：雙鉆頭作業(yè)結果呈現(xiàn)

作業(yè)路程/mil最短行進時間/s作業(yè)成本/元548520.55115.61852.75

雙鉆頭作業(yè)結果呈現(xiàn)

作業(yè)路程/mil最短行進時間/s作業(yè)成本討論合作間距對生產(chǎn)效能的影響時刻/s7.2629.89112.16合作間距/cm12.12415.53312.889討論合作間距對生產(chǎn)效能的影響時刻/s7.2629.89112合作間距對生產(chǎn)效能的影響從圖中我們可以看出即使合作間距達到12cm，對該方案的影響也只有不到2秒鐘的作業(yè)時間，因此合作間距對生產(chǎn)線路與生產(chǎn)效能的影響不大。合作間距對生產(chǎn)效能的影響從圖中我們可以看出即使合作間距達到1綜上所述：當兩鉆頭合作間距小于7.50cm時合作間距對雙鉆頭的作業(yè)路線和生產(chǎn)效能沒有影響；當兩鉆頭的合作間距稍大于7.50cm時合作間距對雙鉆頭的作業(yè)路線和生產(chǎn)效能影響不大。合作間距的影響結果綜上所述：合作間距的影響結果接著我們考慮打孔機的打孔時間。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的打孔時間。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間區(qū)間內輪流作業(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間為0.4s為例，研究雙鉆頭打孔過程以時間最優(yōu)路徑為例來進行線路劃分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以打孔時間為0.4s為例，研究雙鉆頭打孔過程雙鉆頭作業(yè)——問序號打孔前(s)打孔后(s)X坐標(mil)Y坐標(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時間最優(yōu)路徑打孔時刻表序號打孔前(s)打孔后(s)X坐標(mil)Y坐標(mil)序號打孔前(s)打孔后(s)X坐標(mil)Y坐標(mil)100.4-3213-62420.428220.82822-3013-624…………………………1485680.8681.2-1013.22683.2時間最優(yōu)路徑拆分時刻表序號打孔前(s)打孔后(s)X坐標(mil)Y坐標(mil)100.4-981.742651.720.414980.81498-8922595…………………………1329680.42680.8243685724序號打孔前(s)打孔后(s)X坐標(mil)Y坐標(mil)合作間距對生產(chǎn)效能的影響scm合作間距對生產(chǎn)效能的影響sc