[發明專利]面向生產訂單組合優化的中厚板母板與板坯協同設計方法及系統

有效

• 申請號: 201611263299.5
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106599519B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 鄭忠;呼萬哲;高小強;龍建宇
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06Q10/06
• 代理公司: 重慶雙馬智翔專利代理事務所(普通合伙) 50241
• 代理人: 顧曉玲

本發明提出了一種面向生產訂單組合優化的中厚板母板與板坯協同設計方法及系統。該方法針對中厚板生產訂單子板一維組合優化設計，以最小化余材和材料損失為目標，考慮復雜的生產工藝、設備等約束建立優化控制模型，對子板的組合方式、母板和板坯的長度進行決策，接收到訂單后先對每個訂單的板坯斷面選擇進行編碼，并設計基于列生成的解碼方法，產生板坯和母板的設計方案；然后基于禁忌搜索通過多次迭代在鄰域中尋找更優的碼串；當終止條件滿足時，選擇當前最優碼串進行評價和調整，最后輸出對應的母板和板坯設計結果。系統控制器依此方法對中厚板母板和板坯的設計過程實施控制。本發明能夠減少母板余材和材料損失，可更好地滿足生產需要。

技術領域

本發明涉及冶金控制技術領域，具體涉及一種面向生產訂單組合優化的中厚板母板與板坯協同設計方法及系統。

背景技術

在面向訂單的生產組織模式下，為處理個性化需求與規模化生產之間的矛盾，制造企業需要依據生產訂單對待生產的原材料進行規格和生產量等方面的設計，對于中厚板行業則涉及母板設計和板坯設計兩個方面，即將訂單中的小規格子板組合成待生產的大規格母板和板坯，其中母板是板坯經過軋制加工而成，母板與板坯具有一一對應關系。母板設計需要確定母板的實際生產規格和訂單子板在母板上的組合方式，板坯設計需要為每張母板設計其原料板坯的斷面規格和長度。母板和板坯設計建立起現場生產與用戶需求之間的“橋梁”，是生產組織計劃編制的基礎。母板與板坯之間存在一一對應的等式轉換關系，其設計約束條件存在相互影響、相互耦合，因此從提高設計質量的角度，設計中需要利用并考慮多種板坯斷面選擇的不確定性，以及板坯和母板長度的不確定性，通過同時對子板組合方式、母板長度和對應板坯斷面、長度等信息的優化決策，實現母板和板坯規格設計與子板組合方式設計的集成優化。該問題可看作是經典下料問題(Cutting stock problem,CSP)的一種擴展問題，即考慮對母板和板坯規格不確定性進行決策的下料問題，研究該問題優化設計方法對提升生產系統的運行效率，降低生產過程的物質消耗和生產成本等具有重要意義。

經典下料問題主要研究如何從給定的大尺寸母體材料(簡稱“母材”)上切割客戶需求的小尺寸產品以使得某一目標函數最優的問題。近年來的代表性研究主要有：Gilmore和Gomory等建立了下料問題的線性規劃模型，提出基于列生成技術的優化求解算法框架；Wascher等對下料及裝箱問題的分類方法進行了系統分析，并綜述了各類問題的最新進展，提出依據下料涉及的維數多少可將下料問題分為一維、二維、三維和多維四類，其中僅涉及在某一個維度(如：長度方向或寬度方向)進行下料的問題稱為一維問題，其建模和求解作為基礎性方法而被更多關注。針對一維問題:Scheithauer等對僅具有一種確定長度母材的下料問題求解方法進行研究，設計了一種能有效求解小規模問題的割平面方法；Poldi等針對已知多種可選長度母材的下料問題對多種啟發式算法進行了討論；閻春平等對考慮可加工性的下料問題進行分析，根據實際生產條件增加對母材切割模式的約束，分別對單一長度和多種長度可選兩種下料情況建立了數學模型并設計求解算法。以上研究中均假設母材長度和寬度為已知的確定值，因此適用于已確定規格的材料利用優化設計問題。