打孔机生产效能的提高

打孔机

生产效能的提高成员：广西大学商学院陈伟宏广西大学计算机与电子信息学院杨秀龙广西大学计算机与电子信息学院黄爽爽指导老师：广西大学数学与信息科学学院吴如雪打孔机

生产效能的提高成员：散点分布图散点分布图1．题目所提供的数据真实可靠。2．对于同一孔型钻孔作业时间都是相同的。3．所有刀具均能顺利的完成钻孔工作。4．忽略寻找第一个孔位的时间。5．钻头的运动看作是质点的直线运动。模型假设1．题目所提供的数据真实可靠。模型假设①旅行商问题②2000多个点规模较大③有先后顺序的要求题目分析①旅行商问题题目分析经计算①刀具每转换一下就需要耗费18s；②距离最远的两个孔位间行进时间为1.759s。可知前者所耗费的时间是后者的10倍还多。数据分析节约生产时间为基点兼顾降低生产成本经计算数据分析节约生产时间为基点①换刀时间远大于行进时间。②换刀时间与换刀成本取决于刀具转换的次数。③各刀具状态下的行进时间和成本取决于各刀具作业时的行进路程。因此时间最优的方案应满足：刀具转换次数最少刀具行进路线最短。单钻头作业——问题分析①换刀时间远大于行进时间。单钻头作业——问题分析打孔机生产效能的联系打孔机生产效能的联系序号1234567891011121314刀具abc1c2c3c4def1f2f3g1g2h加工

孔型A,CBECIJD,GD,IJEGFGF,H紧前

刀具－－－aef1－－－c1g2－d－对应

序号－－－189－－－313－7－孔型ABCDEFGHIJ所需刀具aba,cd,e*c,fg,h*d,g,fhe,cf,c表1：10种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号1234567891011121314刀具abc1c2c刀具最优转换分析①旅行商问题②规模较小③有先后顺序的要求刀具最优转换分析①旅行商问题刀具最优转换模型刀具最优转换模型－刀具j12345…1011121314刀具i换刀

次数abc1c2c3…f2f3g1g2h1a01222…332212b10111…443323c121000…334434c221000…334435c321000…33443…………………………………10f234333…0011211f334333…0011212g123444…1100113g223444…1100114h12333…22110表3：刀具转换次数表－刀具j12345…1011121314刀具i换刀次数蚁

群

算

法

蚁

群

算

法

刀具dc1bahgfec2孔型D,GEBA,CF,HF,GE,G,JD,IC,I,J模型求解结果Matlab输出结果：Shortest_Route=7、3、2、1、14、13、12、11、10、9、8、6、5、4Shortest_Length=9以上数据表示最少换刀次数为Q＝9次。刀具dc1bahgfec2孔型D,GEBA,CF,HF,GE打孔机生产效能的联系打孔机生产效能的联系单刀具TSP作业路径分析①旅行商问题②规模一般③无先后顺序的要求单刀具TSP作业路径分析①旅行商问题单刀具TSP作业路径模型单刀具TSP作业路径模型遗传算法贪心算法算法介绍可发现两者优点与缺点是互补的贪心遗传算法遗传算法算法介绍可发现两者优点与缺点是互补的贪心遗传算法贪

心

遗

传

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法

流

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图贪

心

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传

算

法

流

程

图d(D,G)d(D,G)c2(C,I,J)c2(C,I,J)刀具孔型贪心遗传算法(mil)dDG51420.63c1E32865.77bB95855.97aAC104439.17hFH24485.54gFG23110.18fEGJ63848.05eDI52084.16c2CIJ79332.00各刀具作业距离之和(mil)527441.45各条TSP线路计算结果刀具孔型贪心遗传算法(mil)dDG51420.63c1E3打孔机生产效能的联系打孔机生产效能的联系序号端点X坐标Y坐标序号端点X坐标Y坐标1d1-321300-6240010h23173921705722d2-25812581388111g12130008926003c113020072020012g2-321300843004c12-28190041150013f1100800-652005b1-24980075860014f24477009079006b2-2710069900015e14899896128707a1-29880091900016e21690004170008a2-279400-6520017c211450003318009h1478083710018c22436800572400表7：经编号的各端点坐标表序号端点X坐标Y坐标序号端点X坐标Y坐标1d1-321300最短连接距离P为23234milＭatlab求解最小连接距离迭代次数距离/104mil最短连接距离P为23234milＭatlab求解最小连接距单钻头作业总模型单钻头作业总模型作业时间最优——结果呈现作业路程/mil最短行进时间/s作业成本/元550675.45236.43858.13刀具dc1bahgfec2孔型D,GEBA,CF,HF,GE,G,JD,IC,I,J作业路程/mil最短行进时间/s作业成本/元550675.45236.43858.13刀具dc1bahgfec2孔型D,GEBA,CF,HF,GE,G,JD,IC,I,J作业时间最优——结果呈现作业路程/mil最短行进时间/s作业作业成本最优分析①旅行商问题②规模较大③有先后顺序的要求作业成本最优分析①旅行商问题一、沿用贪心遗传算法，对所有点（2814个）进行整体优化。（计算时间过长）二、将时间最优的作业路径以降低成本为目标进行二次优化。求解方法分析优点：①加大了得到成本优解的速度②兼顾了作业时间不至太长一、沿用贪心遗传算法，对所有点（2814个）进行整体优化。（问题分析时间最优路径与成本最优路径相比必然的共同部分：步成本<２.１元可能的区别部分：步成本>２.１元问题分析时间最优路径与成本最优路径相比１、随机生成初始解２、随机产生遗传交换点传统遗传算法１、随机生成初始解传统遗传算法改良的遗传算法１、以时间最优路径作为初始解２、针对性地产生遗传交换点改良的遗传算法１、以时间最优路径作为初始解4.2.1.1改良遗传算法的步骤：4.2.1.1改良遗传算法的步骤：单钻头作业的成本最优模型单钻头作业的成本最优模型作业路程/mil最短行进时间/s作业成本/元523483.0521342.93829.2882作业成本最优——结果呈现作业路程/mil最短行进时间/s作业成本/元523483.0作业路程/mil最短行进时间/s作业成本/元523483.0521342.93829.2882单钻头作业结果对比作业路程/mil最短行进时间/s作业成本/元550675.45236.43858.1329元106秒作业路程/mil最短行进时间/s作业成本/元523483.0依次设A,B,C……J孔型的打孔时间为T1,T2,T3……T10则当T1,T2,T3……T10取值不同时，双钻头作业的情形均不相同。双钻头作业——问题分析孔型ABCDEFGHIJ所需刀具aba,cd,e*c,fg,h*d,g,fhe,cf,c依次设A,B,C……J孔型的打孔时间为T1,T2,T3……T首先，我们不考虑打孔时间建立双钻头问题的模型一双钻头作业——模型一孔型ABCDEFGHIJ所需刀具aba,cd,e*c,fg,h*d,g,fhe,cf,c首先，我们不考虑打孔时间双钻头作业——模型一孔型ABCDEF单钻头作业具体结果序号刀具孔型作业行程/mil时间/s花费/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单钻头作业具体结果序号刀具孔型作业行程/mil时间/s花费/算法解释dc1bahgfec刀具使用线路循环图算法解释dc1bahgfec刀具使用线路循环图计算结果方案一：线路1：d→c1→b→a→h线路2：g→f→e→c2

总时间：115.6127s方案二：线路1：h→g→f→e→c2线路2：d→c1→b→a总时间：124.2703s计算结果方案一：钻头一12345刀具与孔型d(D,G)c1(E)b(B)a(A,C)h(F,H)时间/s0,7.2625.26,29.8947.89,61.4279.42,94.16112.16,115.61钻头二等6等7等89刀具与孔型等g(F,G)等f(E,G,J)等e(D,I)c2(C,I,J)时间/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；钻头一12345刀具与孔型d(D,G)c1(E)b(B)a时刻/s7.2629.89112.16合作间距/cm12.12415.53312.8897.50cm时刻/s7.2629.89112.16合作间距/cm12.1双钻头作业结果计算双钻头的作业时间：115.61s双钻头的作业成本：相比单钻头少了2154.9*0.0254*0.06+2.1=5.38元。所以双钻头的作业成本为858.13-5.38=852.75元双钻头作业结果计算双钻头的作业时间：双钻头作业结果呈现

作业路程/mil最短行进时间/s作业成本/元548520.55115.61852.75

双钻头作业结果呈现

作业路程/mil最短行进时间/s作业成本讨论合作间距对生产效能的影响时刻/s7.2629.89112.16合作间距/cm12.12415.53312.889讨论合作间距对生产效能的影响时刻/s7.2629.89112合作间距对生产效能的影响从图中我们可以看出即使合作间距达到12cm，对该方案的影响也只有不到2秒钟的作业时间，因此合作间距对生产线路与生产效能的影响不大。合作间距对生产效能的影响从图中我们可以看出即使合作间距达到1综上所述：当两钻头合作间距小于7.50cm时合作间距对双钻头的作业路线和生产效能没有影响；当两钻头的合作间距稍大于7.50cm时合作间距对双钻头的作业路线和生产效能影响不大。合作间距的影响结果综上所述：合作间距的影响结果接着我们考虑打孔机的打孔时间。以此建立双钻头模型二线路划分、接力打孔双钻头作业——模型二孔型ABCDEFGHIJ所需刀具aba,cd,e*c,fg,h*d,g,fhe,cf,c接着我们考虑打孔机的打孔时间。双钻头作业——模型二孔型ABC双钻头问题方法介绍线路划分①、两条线路所用时间较均衡②、两条线路可满足刀具使用顺序的要求接力打孔在不满足合作间距的时间区间内轮流作业。

双钻头问题方法介绍线路划分

解决双钻头作业问题的模型解决双钻头作业问题的模型以打孔时间为0.4s为例，研究双钻头打孔过程以时间最优路径为例来进行线路划分236.43+2814*0.4＝1362.03s双钻头作业——问题分析孔型ABCDEFGHIJ所需刀具aba,cd,e*c,fg,h*d,g,fhe,cf,c以打孔时间为0.4s为例，研究双钻头打孔过程双钻头作业——问序号打孔前(s)打孔后(s)X坐标(mil)Y坐标(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时间最优路径打孔时刻表序号打孔前(s)打孔后(s)X坐标(mil)Y坐标(mil)序号打孔前(s)打孔后(s)X坐标(mil)Y坐标(mil)100.4-3213-62420.428220.82822-3013-624…………………………1485680.8681.2-1013.22683.2时间最优路径拆分时刻表序号打孔前(s)打孔后(s)X坐标(mil)Y坐标(mil)100.4-981.742651.720.414980.81498-8922595…………………………1329680.42680.8243685724序号打孔前(s)打孔后(s)X坐标(mil)Y坐标(mil)合作间距对生产效能的影响scm合作间距对生产效能的影响sc