[发明专利]考虑零件构建方向的激光选区熔化不相同并行机调度方法

说明书

本发明涉及一种考虑零件构建方向的激光选区熔化不相同并行机调度方法。该方法综合考虑零件的构建方向、交货期以及不同机器的不同加工区域面积和高度等因素，以最小化所有零件的总加工成本为优化目标，提出了一种面向激光选区熔化工艺的增材制造不相同并行机调度模型；并且结合增材制造调度问题解空间分布离散的特点，对基本混合蛙跳算法的种群初始化和进化方法进行了改进，使得混合蛙跳算法可以更好的在解空间进行求解，以获得更好的求解效果，使得可以在保证零件在交货期之前完成加工的情况下，得出所有零件在增材制造不相同并行机上的作业安排和加工顺序。

技术领域

本发明属于生产制造技术领域，涉及一种制造系统的调度方法，具体涉及一种考虑零件构建方向的激光选区熔化不相同并行机调度方法。

背景技术

增材制造(Additivemanufacturing，AM)是一种快速成型技术，是一种以数字模型文件为基础，采用离散材料(液体、粉末、丝、片、板等)，以逐层累加/堆积的原理，来制造任意复杂形状物体的技术。其中的激光选区熔化(Selective lasermelting,SLM)技术，是利用高能量激光照射并完全熔融金属粉末从而形成3D形状，是一种非常具有潜力的金属增材制造技术。SLM技术有着加工个性化、定制化和轻量化的优势，因此非常适合复杂几何形状、小批量制造和无需组装整体部件的加工，因此SLM技术被广泛应用于航空航天、汽车工业和医学人体植入物等领域。

增材制造调度问题，就是指在考虑零件的交货期和成本等约束条件的前提下，将加工任务合理的分配给AM机器进行加工，以将任务以最优的方式分配给AM机器。由于同一时间一台增材制造机器只能对一个任务进行加工作业，且整个任务完成之前，同一任务批次中的零件都无法提前取下，因此，如何在考虑任务分配以使得加工成本最小化，并考虑完工时间以使得零件尽可能的在交货期之前完成任务，这对于增材制造技术来说是非常重要的。

目前的相关研究大都集中在增材制造的单机或者相同并行机的调度，很少考虑不相同并行机的调度问题，然而实际生产中，往往可能会存在多台不相同的增材制造机器并行加工的情况。在已有的增材制造不相同并行机调度的研究中，大都是假设零件只有一种构建方向，普遍没有考虑零件的不同构建方向对生产调度的影响。然而在增材制造的加工过程中，在满足加工质量的前提下，零件在加工时可能会存在多个满足加工质量的构建方向，且在不同的构建方向下加工零件，会对于加工的结果会有着很大的影响。对于SLM工艺而言，由于SLM工艺是逐层加工，因此零件的加工时间会受零件高度的影响，而在不同的构建方向下零件的加工高度通常不同，因此零件的构建方向对零件的加工成本和时间有很大影响，且因为不同的增材制造机器的加工空间大小不同，因此可能零件不同的构建方向的尺寸会大于增材制造机器，因此面向SLM工艺研究考虑零件构建方向的增材制造调度问题符合实际生产需求，具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于针对目前的增材制造产业，提供一种考虑零件构建方向的激光选区熔化不相同并行机调度方法，该方法针对增材制造的激光选区熔化工艺，在考虑零件构建方向和交货期的前提下，研究了面向增材制造不相同并行机的调度问题；并且以最小化总加工成本为优化目标建立了数学模型，并在此基础上，结合增材制造的特点，在混合蛙跳算法的基础上进行改进，对初始种群进行改进，使得种群的分布更加均匀，并对种群进化机制进行改进，使得混合蛙跳算法具有更好的跳出局部最优的能力。并且结合数学模型模型和离散的解空间特点设计混合蛙跳算法的编码和解码方式，采用整数编码和解码方式，使算法更好的求解调度模型优化问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种考虑零件构建方向的激光选区熔化不相同并行机调度方法，考虑包括零件的构建方向、交货期以及不同机器的不同加工区域面积和高度的因素，以最小化所有零件的总加工成本为优化目标，提出面向激光选区熔化工艺的增材制造不相同并行机调度模型；并且结合增材制造调度问题解空间分布离散的特点，对基本混合蛙跳算法的种群初始化和进化方法进行改进，保证零件在交货期之前完成加工的情况下，得出所有零件在增材制造不相同并行机上的作业安排和加工顺序。