1 / 31

打孔机生产效能的提高

打孔机生产效能的提高. 北方民族大学： 高 义（教师） 张重威 赵 乾 杨 飞. 1. 2. 3. 4. 分析. 过孔方案. 生产效能. 扩展与深化. 打孔机生产效能的提高. 问题一分析. 首先加工一块电路板的成本包括时间成本 和金钱成本。然而时间成本包括钻头行进时间和刀具转换时间；金钱成本包括钻头行进金钱和刀具转换金钱。 ( 不考虑钻头过孔产生的时间和金钱 )

zaina
Download Presentation

打孔机生产效能的提高

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 打孔机生产效能的提高 北方民族大学： 高 义（教师） 张重威 赵 乾 杨 飞

  2. 1 2 3 4 分析 过孔方案 生产效能 扩展与深化 打孔机生产效能的提高 北方民族大学

  3. 问题一分析 首先加工一块电路板的成本包括时间成本 和金钱成本。然而时间成本包括钻头行进时间和刀具转换时间；金钱成本包括钻头行进金钱和刀具转换金钱。(不考虑钻头过孔产生的时间和金钱) 其中刀具单次转换的时间和费用是固定的，相邻刀具每转换一次需要时间为18秒，费用是2.1元。本问题也就转化为求作业时钻头行进路程最短和刀具转换次数最少这个二目标规划问题。 北方民族大学

  4. 问题一分析 考虑到刀具转换时间较长，所以我们限定刀具的最少转换次数，在此条件下求解使用每种刀具过孔时钻头的最短行进路径，以及转换刀具时钻头的最短行进路径。 之后对上述两种路径加总。对于单独某一刀具作业的最短路径就是类tsp问题。

  5. 问题一求解 首先我们考虑刀具转换方案 由下表： 根据题要求知道：A,B,H孔是单刀作业，C,E,G,I,J 孔是多刀顺序作业，D,F 是多刀无序作业。用枚举法得出以下刀具转换方案

  6. 问题一求解 飞第三方 北方民族大学

  7. 问题一求解 观察到4号方案和13号方案均要转换刀具10次，以下，我们只对4号方案进行求解。4号方案的转换刀具如下：d→e→f→g→h→a→b→c→(d→e)→f（（d→e）表示只转换刀具但不打孔）。这样刀具转换次数，时间180秒，花费21元。 在这个前提下，我们求解钻头的最短作业路径。 根据每种刀具可达孔型，确定打孔规模。 北方民族大学

  8. 问题一求解 4号刀具转换方案，对应可打孔型如下表所示： 北方民族大学

  9. 问题一求解 TSP问题求解参数设定： 过孔作业开始时，初始刀具是d ，用d 刀具可以打的孔型有和两种共232个，介于该问题规模较大(232)，参数选取十分重要：信息素重要程度（Alpha=1）、启发式因子重要程度（Beta=5）、信息素蒸发系数（Rho=0.1）、信息素增加强度系数（Q=100）这4个参数固定不变，后续的求解过程中也一样。 最大迭代次数、蚂蚁个数、这两个参数与解的精度密切相关，迭代次数越多、蚂蚁数量越多，求出的结果越好，与最优解越接近，但是所花费的时间将越多，随着蚂蚁数量和迭代次数的变大，消耗的时间可能会灾难性的增长。 所以对于d刀具的迭代次数设为：300，蚂蚁数量为：10 北方民族大学

  10. 3-D Pie Chart www.themegallery.com

  11. 问题一求解 上图的左侧图形是用蚁群算法计算出的当前钻头的运行最优路径，这里钻头是要回到起点，但在实际中钻头不必回到起点，这样最短路径只需删除最长的一条边即可；右侧图形中剧烈波动的是每次迭代中当前的最优解，下方是全局最优解，从图形上看蚁群算法收敛性还是较好的，迭代300次就能得出较好的结果。 使用d刀具打完孔之后，转换成e刀具，使用d刀具可以打的孔型有D和I两种共232个，中间还有d刀具结束位置到e刀具开始位置这一段行进距离，这里我们在得出所有刀具行进路径后，从全局出发选取每种刀具的最优起点和终点。 北方民族大学

  12. 问题一求解 做完独立使用每种刀具时，钻头的最优行进路线，下面我们将这9条路线综合考虑，遵循两个原则： ①使用某种刀具时，钻头行进遵循路径最优原则， 即从回路中去掉最长边； ②转换刀具时，钻头行进遵循最少行进原则， 即用当前刀具时的终点离要使用的下一种刀具的起点最近。 按照这两个原则我们从计算出的9条路线选取最优路线，如下图： 北方民族大学

  13. Cycle Diagram www.themegallery.com

  14. 问题一求解 在上述行进方案下，行进时间为82.40秒，行进花费是913.98元。 所以按照我们得到的最优作业线路，进行过孔作业的行进时间是82.40秒，刀具转换时间是180秒，总时间是262.40秒，总花费是934.98元。 北方民族大学

  15. 问题二分析 问题二要求给出双钻头的最优作业路线、行进时间和作业成本；并与传统单钻头作业进行比较；研究两钻头合作间距对作业路线和生产效能产生的影响。首先，行进时间和金钱成本是用作业路径和刀具转换方案决定。工业采用双钻头打孔作业其目的性是为了提高经济效率[3]，提到经济效率有两方面：1减少单个过孔的打孔时间；2减少钻头行进的总路程和刀具转换的总时间。前者是由生产工艺决定的，后者才是本问题的核心。在第一问的基础上，我们采用双转头使用同一刀具开始加工作业，通过减少过孔时钻头行进的总路程，缩短作业时间，提高效率。由于双钻头打孔机必须保证两个钻头距离不小于，双钻头使用同一刀具进行打孔时，必须要有距离机制以保证安全作业。 北方民族大学

  16. 问题二求解 双钻头协同作业： 我们在问题一的基础上，考虑双钻头协同作业；不妨将问题一中得到的最优路线分成两段，两个钻头分区域协同作业，这里以下图的路线为例，做区域划分： 北方民族大学

  17. 问题二求解 如上图所示1号钻头在红色虚线右侧区域作业，2号钻头在红色虚线左侧区域作业，两个钻头分属这个最优路径回路上的两边，成前后追赶，在回路上顺序行进。 同样的对于其余8条路径，按照路径最优原则删去最长的两条边，按照转换刀具时，钻头行进遵循最少行进原则，做全局区域划分和钻头安排。 我们将九个划分好的路径拼接在一起，以下两图即为双钻头的各自行进路线。 北方民族大学

  18. 问题二求解 北方民族大学

  19. Table www.themegallery.com

  20. 问题二求解 下面讨论双钻头作业中是否满足安全作业距离。逐步计算两个钻头钻头运行时间，如下表 北方民族大学

  21. 问题二求解 由上表我们可以看到双钻头过孔的时间细节，现在详细讨论两钻头作业时的距离。当两钻头在协同作业时根据行进方案，结合坐标数据、图 13和图 14同时分析时间细节，得知两钻头同时使用d刀具时，距离均大于3厘米，可以安全作业；使用e刀具时，距离均大于3厘米，可以安全作业；使用f刀具时，1号钻头开始时间是43.53秒，结束时间是46.93秒，此时2号钻头正处于刀具转换过程中，而2号钻头在过孔时，1号钻头在转换刀具，两钻头在此过程中距离均大于3厘米，可以安全作业；同样在使用g，h，a，c刀具时，1号钻头当前过孔结束时，2号钻头处于刀具转换过程中，尚未开始本轮过孔，而2号钻头在过孔时，1号钻头在转换刀具，两钻头在此过程中距离均大于3厘米，可以安全作业； 北方民族大学

  22. 问题二求解 而对于b刀具，我们发现1号钻头转换完毕，2钻头过孔还未结束，但是它们的距离始终是大于3厘米的，所以1号钻头可以立即进行过孔操作，最后对于f刀具，1号钻头在上轮过孔结束时的时间是156.31秒，2号钻头过孔结束时时间是179.77秒，2号钻头比1号钻头晚23.46秒，本次转到需要54秒，如果2号钻头也参与本轮过孔的话，将至少延长23.46秒，如果只用1号钻头完成本轮过孔只需要5.86秒。不妨只采用1号钻头进行本轮过孔，2号钻头在上轮过孔结束后即结束工作。1号钻头过孔完毕，本块电路板的过孔操作完成，作业结束 北方民族大学

  23. 问题二求解 按照上述方案1号钻头行进时间为36.17秒，行进花费399.42元，刀具转换10次，所用时间180秒，费用为21元。2号钻头行进时间为53.77秒，行进花费505.45元，刀具转换7次，所用时间122秒，费用为14.7元。本方案作业总时间为216.17秒，总费用为940.57元。 北方民族大学

  24. 安全距离保障机制 本问题并没有用到该保障机制，原因在于我们人工避免两钻头作业时距离小于3厘米，但是在实际生产，不可能每种板都进行人工设计行进路线，所以必须设计安全保障机制，从而保证生产安全。为此我们设计了一个保障机制，其运行步骤如下： Step 1：读取两钻头的行进线路和当前时刻 两钻头的坐标； Step 2：以线路为中心生成宽度为6厘米的区 域，如右图所示； Step 3：当其中一个钻头进入某一相交区域前， 判断另一钻头是否也在该区域内；若 另一钻头也在该区域内，则本钻头在 相交区域的入口处等待另一钻头走出 该区域； Step 4：若另一钻头不在该区域内,则正常行进； Step 5： 反复判断直到打孔完毕。 北方民族大学

  25. 生产效能比较 北方民族大学

  26. 生产效能比较 在不同的权重下，我们求的单钻头和双钻头的生产效能。由上表我们知道，当时间和金钱权重相同时，我们得到单钻头作业效能为24.402586，双钻头的作业效能为28.445869，较之问题一提升了16.57%。当时间所占权重很小，只有 时，选择单钻头方案。 北方民族大学

  27. 模型改进 问题一中单钻头的作业方案，应该消除主观性，以费用最小为目标，将多种刀型的 孔拆分成多个只需要一种刀型的孔，即将转刀成本等价于价值距离。本题则成为一个规模2814的类TSP问题，用蚁群算法求解该问题，只需将原启发函数（两点之间的距离倒数）换为任意两点之间费用。这样只要有充足的时间，就一定可以求出最优的作业路线，此时费用最小。 北方民族大学

  28. 模型改进 问题二双刀作业方案，应该消除主观性，首先按距离进行聚类（两类），在安全距离保障机制下，重新求解最优路径，制定最优作业方案。 定义的生产效能函数和给出的两个权重具有主观性，应该结合实际进一步分析给出更加合适、有效的效能函数和更加科学的权重。 北方民族大学

  29. 新模型 我们对问题一，进一步研究可以得出一个更优的模型；同样定义生产效能是关于时间和金钱的二元函数，不妨采用之前定义的效能函数，则有： 关键就是求解n和S 北方民族大学

  30. 求解思路 定义： xi=(x,y,z),其中x和y表示该孔的坐标，z为使用的刀具用0-7,8个整数表示。 由此构造价值矩阵V： 北方民族大学

  31. Thank You!

More Related