[发明专利]一种基于遗传算法的曲面分段场地布局调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造技术领域，特别涉及一种基于遗传算法的曲面分段场地布局调度方法。

背景技术

在大型制造行业（如船舶建造与飞机制造）的制造过程，需要将整体分为一个个大小不一、形状复杂的分段来进行建造，且很多分段往往十分的沉重并且占用很大的场地面积。因此为了建造体积和质量都很大的分段，其建造场地需投入很多昂贵且重要的设备和材料（如大型吊车，物料托盘，胎架等）。由于场地建造的成本很高，分段占用场地的时间周期长、面积大，所以场地往往是制约船舶建造效率的瓶颈。在船舶曲面分段调度的过程中，调度的核心资源就是场地，而不同于传统的机加生产调度主要考虑人员和设备。

船舶的建造是大量分段的焊接装配过程，其中分段按照几何形状进行分类包括：平直分段和曲面分段。其中曲面分段主要是由船舶艏部和艉部的组件，具有复杂的几何形状。复杂的几何图形在场地内的组合也是多种多样的，单纯的依靠调度人员的个人经验进行分段场地的空间布局是很难达到比较优化的场地布局。但是船舶曲面分段的空间布局又不同于一般套料算法的空间调度。一方面由于船舶曲面分段的建造过程场地利用是一个随着时间轴动态变化的一个过程，套料算法只能实现一个固定空间占用布局。另一方面，船舶曲面分段场地布局中场地是最重要的调度资源但比不是唯一要考虑的调度资源，如人力资源，设备资源，重要物资等，都是分段场地布局是不得不考虑的影响因素。同时仅对于空间布局来说，套料算法往往面对的问题是空间资源相对进入空间的几何图形是无限的，而分段场地布局的空间调度问题主要集中在分段相对于场地是无限的。

综上所述，船舶曲面分段空间布局调度是一个动态，复杂的过程，其调度的核心是实现有限的场地在时间轴上进行无限的利用，最重要的优化指标就是场地的利用率。对于船舶空间布局调度问题，虽然已有大量的研究，但往往存在以下不足：

（1）布局算法与船舶生产实际结合较少，船舶曲面的制造过程具有其自身的特点，单纯的套料算法难于适用于船舶曲面分段场地布局分配过程。例如：分段的排布顺序需要按照实际生产进程进行不断调整；场地具有的动态性特点使得其可用面积会随时变化；分段在完成生产后必须调离场地，剩余面积仍然需要进行合理利用，无法进行一次性的布局分配必须进行多次调度；

（2）传统的曲面分段布局算法对生产实际约束进行了简化，从而造成布局结果无法实现效率的提升，例如多边形分段被抽象成矩形，使得曲面分段的布局变为矩形堆叠；将场地面积划分为不同的区域，使得分段的排布只能在固定的区域内进行，从而降低不规则图形的拼接难度或者直接忽略不规则图形的拼接；

（3）传统的空间布局算法通过简单的优化准（如最大矩形，长边规则等）判定分段放置位置是否最佳低估空间布局的复杂性。空间组合的多样性决定了简单的优化准则约束是无法全面的综合的考虑所有分段放置场地时哪种布局方式是最佳的。例如满足优化准则并不一定有利于后续分段的放置反而降低了场地利用率。

由于空间组合的复杂性，用简单的针对单一分段的约束优化准则是无法求得空间布局的最优解。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于遗传算法的曲面分段场地布局调度方法，而为调度人员进行分段布局调度提供辅助。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种基于遗传算法的曲面分段场地布局调度方法，包括：

步骤1、应用基于有限建造资源的日程计划平衡制定算法，根据预设的调度顺序对分段进行分段空间布局调度和虚拟流水式人力资源调度，并制定针对分段建造的资源场地和人员安排的日程计划；

步骤2、应用基于优化矩阵的多目标遗传算法完成分段调度顺序的排列编码和解码，并从根据日程计划建立优化的矩阵中选取最优的调度结果。

作为上述技术方案的优选，其中所述步骤1中所述的进行分段空间布局调度具体为：

步骤11、对整个场地的曲面分段的调度进行初步规划，并制定曲面分段的布置顺序；

步骤12、获取曲面分段的几何图形和场地边界的几何图形，通过确定曲面分段是否在场地内与其他曲面分段及场地边界发生碰撞，以获取曲面分段在该场地内的可能的布置方案；

步骤13、对所述可能的布置方案进行筛选以最终确定曲面分段在场地内的布置位置，生成曲面分段空间布局分配方案。

作为上述技术方案的优选，其中所述步骤1中所述的虚拟流水式人力资源调度具体为：

步骤14、获取每一分段内的加工工序；