[發明專利]一種基于NSGA-III算法的工序排序多目標優化方法

在審

• 申請號: 202111229219.5
• 申請日: 2021-10-21
• 公開（公告）號: CN113988396A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 袁偉;郭偉;王磊;李佳駿;鄭鑫昌
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種基于NSGA?III算法的工序排序多目標優化方法，利用工序關系圖譜PRG表達工序間的優先關系并生成工序約束矩陣，通過設計以工藝總成本、工藝總時間及總碳排放量為優化目標的多目標函數，在工序約束矩陣的約束下通過NSGA?III算法求最優解。本發明可以解決工藝過程中的工序約束關系處理問題和裝備資源優選問題，通過遺傳算法求解得到優質的工藝路線。

技術領域

本發明屬于工藝路線優化技術領域，具體地說是一種基于NSGA-III算法的工序排序優化方法。

背景技術

進行可靠的機械加工工藝路線規劃是提高資源利用率、降低工藝成本和物流成本、縮短零件制造周期、實現優質生產目標的重要保障。而工藝規劃的工序排序優化問題因為涉及到成本、時間等多目標而被證明為一類具有NP-hard性質的組合優化難題。在工序排序優化時，首先需要保證其滿足工序排序規則的約束，其次要將工藝路線設計到的制造資源消耗、制造時間、物流成本和時間盡量降低。

現有的解決辦法一般是通過順序約束矩陣進行工序間約束處理，然后考慮制造資源的成本并進行賦權求和進行單目標優化求解，這種方式會因各目標函數權重的微小改變而影響到整體的優化結果，導致最終結果的精確度和魯棒性不高。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于NSGA-III算法的工序排序優化方法，針對在工藝資源規劃領域中因須綜合考慮成本、時間和工序間約束等因素而形成的NP難問題進行優化求解。本發明旨在解決工藝過程中的工序約束關系處理問題和裝備資源優選問題，通過遺傳算法求解得到優質的工藝路線。技術方案如下：

一種基于NSGA-III算法的工序排序多目標優化方法，利用工序關系圖譜PRG表達工序間的優先關系并生成工序約束矩陣，通過設計以工藝總成本、工藝總時間及總碳排放量為優化目標的多目標函數，在工序約束矩陣的約束下通過NSGA-III算法求最優解，包括下列步驟：

第一步，利用工序關系圖譜PRG表達工序間的優先關系并生成工序約束矩陣

工序排序需要滿足工序排序規則，根據零件的幾何特征和加工的技術要求，在滿足以上四類優先關系要求后生成工序關系圖譜PRG，PRG為有向無環圖，節點為工序編號，邊表示所連接兩節點代表的工序間的優先關系，對PRG內工藝節點的關系作出以下定義：

1)前驅關系：即工序i可以通過任一路徑到達工序j，則稱工序i為工序j的前驅工序；

2)后繼關系：與前驅關系相反，即工序i可以通過任一路徑到達工序j時，稱工序j為工序i的后繼工序；

3)并列關系：若工序i與工序j既不是前驅關系也非后繼關系，則稱工序i與工序j為并列工序；

基于三類關系作出PRG圖，

基于PRG圖生成對應的工序約束矩陣PCM_ij：

其中，PCM_ij表示工序P_i與工序P_j之間的優先關系，n為待加工零件的總工序數，PCM_ij根據約束關系取得，如下：

第二步，建立工序排序的多目標優化模型

工序排序優化以總機床成本、總刀具成本、總機床變更成本、總刀具更換成本和總碳排放量為優化目標建立目標函數，以工序約束矩陣PCM_ij構建約束關系進行優化求解，由此構建如下優化目標函數：

i總機床成本