单件小批量砂型铸造企业熔炼浇注炉次计划研究

发布时间：2020-07-29 09:44

【摘要】：熔炼浇注炉次计划是单件小批量砂型铸造企业生产计划的关键一环,属于多约束不相容铸件组合优化问题,需要在复杂约束条件下对不同订单的铸件组炉生产。然而,现阶段单件小批量砂型铸造企业熔炼浇注炉次计划主要依靠人工经验进行编排,容易造成炉次计划不够优化、排产效率低下、熔炼炉容量利用量不高等问题。为此,本文对单件小批量砂铸企业熔炼浇注炉次计划问题进行了研究,主要研究工作如下。首先,建立了单件小批量砂铸企业熔炼浇注炉次计划优先级模型和炉次计划数学模型。优先级模型的构建基于铸件交货期、客户信誉等级和生产负荷,以定量表征待计划铸件的优先级值。数学模型的构建基于炉次计划的特点和假设条件,以铸件优先级值和熔炼炉容量利用量为优化目的,以砂箱约束、模具造型能力约束、材质可合炉约束、熔炼炉容量约束等为制约条件。其次,提出了以改进二元蝙蝠算法为核心的炉次计划贪婪式规则求解策略。设计改进二元蝙蝠算法求解每一个铸件族炉次计划,二元蝙蝠算法的改进包括引入状态向量构造二元解空间下的全局和局部搜索以平衡算法的勘探和开采能力、改进解接受方式以解决易陷入局部最优的问题、混合布谷鸟算法以解决收敛速度慢的问题。仿真实验测试表明,与分支定界算法和原始二元蝙蝠算法相比,本文提出的改进二元蝙蝠算法可以更好地平衡解的精确度和求解的时间。最后,开发并应用了熔炼浇注智能化炉次计划系统。对砂铸企业熔炼浇注炉次计划系统进行了需求分析,设计了炉次计划系统的总体方案,包括体系结构、数据库、功能与流程的设计。基于本文提出的炉次计划模型和求解策略开发了智能化炉次计划系统,并将此系统应用于一家单件小批量砂铸企业。应用效果表明,对比人工编排炉次计划,使用该系统获得了更优的炉次计划,且排产时间从每炉6-8分钟降低至2秒,熔炼炉容量利用量提高了近5%。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG24
【图文】：

熔炼炉,铸型,造型

2 单件小批量砂型铸造企业熔炼浇注炉次计划模型2.1 熔炼浇注炉次计划问题描述单件小批量砂铸企业收到订单后，生产管理部门做好相关物料、模具等产前准备，技术部门制定铸件生产工艺单和生产路线。对于砂铸企业而言，铸件生产的前两个工序一般为造型和熔炼浇注。造型是指采用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程，单件小批量砂铸企业采用手工造型方法，造型需要使用相应模具，尺寸大小合适的砂箱，企业一般采用两箱造型或者三箱造型。熔炼浇注是指使用熔炼炉熔炼所需材质金属液并浇注造型获得的铸型，得到铸件毛坯的过程。砂型铸造企业的最关键的一个生产过程即是采用模具造型得到相应铸型，使用熔炼炉熔炼所需材质的金属液，将金属液浇注到铸型中，经过冷却凝固得到铸件毛坯。图 2-1（a）所示为造型得到的铸型，图 2-1（b）所示为熔炼炉。(a) (b)

全局搜索,伪代码,状态向量,种群

图 3-4 种群初始化伪代码（2）基于状态向量的全局搜索和局部搜索在 IBBA 中，引入状态向量来构建全局搜索和局部搜索，以保证是在二进制空间中搜索解。对于全局搜索部分，第 t 次迭代的状态向量定义如下： 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)此处( )ijl t表示在第 t 代时第 j 个个体的第 i 位的状态向量值，这个状态向量值表示第 j 个个体的第 i 位的为 0 的概率。基于状态向量种群更新的方法如下： 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

伪代码,炉次计划,铸件,位置值

华中科技大学硕士学位论文源单位。故可以求解得到多约束 0-1 背包问题代理松弛问题的对偶变量，从而计算伪价值。修复操作为基于使用贪婪类规则来删除和增加每个铸件。首先，检查解是否违反了问题的约束，如果违反了约束，采用 DROP 操作，即按照伪价值递增顺序，检查计划到此炉次浇注的铸件，将其位置值从 1 变为 0，直到满足所有约束都不违背为止；如果解满足了所有约束，采用 ADD 操作，即按照伪价值递减顺序检查每个未计划到此炉次浇注的铸件，在不违反任意一个约束的条件下，将其位置值从 0 变为 1，直到不能增加为止。假设根据伪价值的递减顺序对工件进行排序和重新编号。修复操作的伪代码如图 3-8 所示。

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