【摘要】：熔煉澆注爐次計劃是單件小批量砂型鑄造企業(yè)生產(chǎn)計劃的關(guān)鍵一環(huán),屬于多約束不相容鑄件組合優(yōu)化問題,需要在復(fù)雜約束條件下對不同訂單的鑄件組爐生產(chǎn)。然而,現(xiàn)階段單件小批量砂型鑄造企業(yè)熔煉澆注爐次計劃主要依靠人工經(jīng)驗進(jìn)行編排,容易造成爐次計劃不夠優(yōu)化、排產(chǎn)效率低下、熔煉爐容量利用量不高等問題。為此,本文對單件小批量砂鑄企業(yè)熔煉澆注爐次計劃問題進(jìn)行了研究,主要研究工作如下。首先,建立了單件小批量砂鑄企業(yè)熔煉澆注爐次計劃優(yōu)先級模型和爐次計劃數(shù)學(xué)模型。優(yōu)先級模型的構(gòu)建基于鑄件交貨期、客戶信譽等級和生產(chǎn)負(fù)荷,以定量表征待計劃鑄件的優(yōu)先級值。數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建基于爐次計劃的特點和假設(shè)條件,以鑄件優(yōu)先級值和熔煉爐容量利用量為優(yōu)化目的,以砂箱約束、模具造型能力約束、材質(zhì)可合爐約束、熔煉爐容量約束等為制約條件。其次,提出了以改進(jìn)二元蝙蝠算法為核心的爐次計劃貪婪式規(guī)則求解策略。設(shè)計改進(jìn)二元蝙蝠算法求解每一個鑄件族爐次計劃,二元蝙蝠算法的改進(jìn)包括引入狀態(tài)向量構(gòu)造二元解空間下的全局和局部搜索以平衡算法的勘探和開采能力、改進(jìn)解接受方式以解決易陷入局部最優(yōu)的問題、混合布谷鳥算法以解決收斂速度慢的問題。仿真實驗測試表明,與分支定界算法和原始二元蝙蝠算法相比,本文提出的改進(jìn)二元蝙蝠算法可以更好地平衡解的精確度和求解的時間。最后,開發(fā)并應(yīng)用了熔煉澆注智能化爐次計劃系統(tǒng)。對砂鑄企業(yè)熔煉澆注爐次計劃系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析,設(shè)計了爐次計劃系統(tǒng)的總體方案,包括體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫、功能與流程的設(shè)計。基于本文提出的爐次計劃模型和求解策略開發(fā)了智能化爐次計劃系統(tǒng),并將此系統(tǒng)應(yīng)用于一家單件小批量砂鑄企業(yè)。應(yīng)用效果表明,對比人工編排爐次計劃,使用該系統(tǒng)獲得了更優(yōu)的爐次計劃,且排產(chǎn)時間從每爐6-8分鐘降低至2秒,熔煉爐容量利用量提高了近5%。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TG24
【圖文】：

2 單件小批量砂型鑄造企業(yè)熔煉澆注爐次計劃模型2.1 熔煉澆注爐次計劃問題描述單件小批量砂鑄企業(yè)收到訂單后，生產(chǎn)管理部門做好相關(guān)物料、模具等產(chǎn)前準(zhǔn)備，技術(shù)部門制定鑄件生產(chǎn)工藝單和生產(chǎn)路線。對于砂鑄企業(yè)而言，鑄件生產(chǎn)的前兩個工序一般為造型和熔煉澆注。造型是指采用造型混合料及模樣等工藝裝備制造鑄型的過程，單件小批量砂鑄企業(yè)采用手工造型方法，造型需要使用相應(yīng)模具，尺寸大小合適的砂箱，企業(yè)一般采用兩箱造型或者三箱造型。熔煉澆注是指使用熔煉爐熔煉所需材質(zhì)金屬液并澆注造型獲得的鑄型，得到鑄件毛坯的過程。砂型鑄造企業(yè)的最關(guān)鍵的一個生產(chǎn)過程即是采用模具造型得到相應(yīng)鑄型，使用熔煉爐熔煉所需材質(zhì)的金屬液，將金屬液澆注到鑄型中，經(jīng)過冷卻凝固得到鑄件毛坯。圖 2-1（a）所示為造型得到的鑄型，圖 2-1（b）所示為熔煉爐。(a) (b)

圖 3-4 種群初始化偽代碼（2）基于狀態(tài)向量的全局搜索和局部搜索在 IBBA 中，引入狀態(tài)向量來構(gòu)建全局搜索和局部搜索，以保證是在二進(jìn)制空間中搜索解。對于全局搜索部分，第 t 次迭代的狀態(tài)向量定義如下： 1 2( ) ( ), ( ), ... ( )NPL t l t l t l t(3-16) 1 2( ) ( ), ( ), ... ( ) 0 1 ( 1... , 1... )N Nj j j j jl t l t l t l t with l j NP i N(3-17)此處( )ijl t表示在第 t 代時第 j 個個體的第 i 位的狀態(tài)向量值，這個狀態(tài)向量值表示第 j 個個體的第 i 位的為 0 的概率。基于狀態(tài)向量種群更新的方法如下： 1 2( ) ( ), ( ) ... ( )NPX t x t x t x t(3-18) 1 2( ) ( ), ( ), ... ( ) , 1...Nj j j jx t x t x t x t j NP(3-19)1 ( )iif rand l t

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文源單位。故可以求解得到多約束 0-1 背包問題代理松弛問題的對偶變量，從而計算偽價值。修復(fù)操作為基于使用貪婪類規(guī)則來刪除和增加每個鑄件。首先，檢查解是否違反了問題的約束，如果違反了約束，采用 DROP 操作，即按照偽價值遞增順序，檢查計劃到此爐次澆注的鑄件，將其位置值從 1 變?yōu)?0，直到滿足所有約束都不違背為止；如果解滿足了所有約束，采用 ADD 操作，即按照偽價值遞減順序檢查每個未計劃到此爐次澆注的鑄件，在不違反任意一個約束的條件下，將其位置值從 0 變?yōu)?1，直到不能增加為止。假設(shè)根據(jù)偽價值的遞減順序?qū)ぜM(jìn)行排序和重新編號。修復(fù)操作的偽代碼如圖 3-8 所示。

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本文編號：2773789