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面向数字孪生的船用柴油机装配车间生产调度

李俊 方喜峰 冯麟皓 张胜文 汪通悦 李群

李俊, 方喜峰, 冯麟皓, 张胜文, 汪通悦, 李群. 面向数字孪生的船用柴油机装配车间生产调度[J]. 制造技术与机床, 2022, (12): 159-166. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.025
引用本文: 李俊, 方喜峰, 冯麟皓, 张胜文, 汪通悦, 李群. 面向数字孪生的船用柴油机装配车间生产调度[J]. 制造技术与机床, 2022, (12): 159-166. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.025
LI Jun, FANG Xifeng, FENG Linhao, ZHANG Shengwen, WANG Tongyue, LI Qun. Production scheduling in marine diesel assembly workshops for digital twins[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (12): 159-166. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.025
Citation: LI Jun, FANG Xifeng, FENG Linhao, ZHANG Shengwen, WANG Tongyue, LI Qun. Production scheduling in marine diesel assembly workshops for digital twins[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (12): 159-166. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.025

面向数字孪生的船用柴油机装配车间生产调度

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.025
基金项目: 国防基础科研基金项目(A0720133010);江苏省先进制造技术重点实验室开放基金资助(HGAMTL-1905);镇江市重点研发计划项目(GY2019003)
详细信息
    作者简介:

    李俊,男,1996年生,硕士研究生,主要从事船用柴油机装配车间管控方面的研究。E-mail:1812550805@qq.com

    通讯作者:

    方喜峰,男,1971年生,博士后,教授,主要从事智能设计与制造、数控加工技术、数字制造系统方面的研究。E-mail:2034131349@qq.com

  • 中图分类号: TP18, TH165

Production scheduling in marine diesel assembly workshops for digital twins

  • 摘要: 在船用柴油机装配过程中,普遍存在动态扰动事件频发、生产状态监控不足等缺陷,导致生产过程偏离调度计划且无法对扰动事件进行快速响应。为解决调度计划偏差和快速响应这两个难题,将数字孪生技术应用于船用柴油机装配车间生产调度过程中,通过物理装配车间与虚拟装配车间的实时交互快速响应扰动事件并减少调度计划偏差。构建了一种基于数字孪生的船用柴油机装配车间生产调度框架,并对装配调度问题进行描述与建模。详细阐述了动态调度流程并提出了一种基于pareto支配规则的多目标离散蚁狮优化算法来优化最大完工时间和装配班组负荷这两个调度目标,保证了调度方案的实时性和准确性。最后,通过在某型号柴油机装配车间部署运行,验证了此种调度模式的有效性。

     

  • 图  1  基于数字孪生的船用柴油机装配车间生产调度框架

    图  2  动态调度流程图

    图  3  算法流程图

    图  4  虚拟装配车间

    图  5  不使用数字孪生的初始调度方案

    图  6  使用数字孪生的初始调度方案

    图  7  不使用数字孪生的重调度方案

    图  8  使用数字孪生的重调度方案

    表  1  调度模型符号

    模型参数参数含义
    $ N $产品总数
    $ S $装配阶段总数或工序总数
    $ i $产品编号,且$ i\in \left(\mathrm{1,2},\cdots ,N\right) $
    $ j $装配阶段或工序编号,且$ j\in \left(\mathrm{1,2},\cdots ,S\right) $
    $ {C}_{i} $产品$ i $的完工时间
    $ {m}_{j} $装配阶段$ j $可选择的装配班组数量,且$ \left({m}_{j}\geqslant 1\right) $
    $ k $装配阶段$ j $可选择的装配班组编号,且$ k\in \left(\mathrm{1,2},\cdots ,{m}_{j}\right) $
    $ {P}_{ij} $产品$ i $在装配阶段$ j $上的装配开始时间
    $ {Q}_{ij} $产品$ i $在装配阶段$ j $上的装配完成时间
    $ {T}_{ijk} $产品$ i $在装配阶段$ j $由装配班组$ k $进行装配的装配时间
    $ {X}_{ijk} $决策变量,产品$ i $在装配阶段$ j $是否由装配班组$ k $进行装配
    $ {Z}_{ijt} $决策变量,$ t $时刻产品$ i $正处在装配阶段$ j $
    $ {H}_{ip} $产品$ i $被安排在第$ p $顺次装配
    下载: 导出CSV

    表  2  调度任务参数表

    工序1工序2工序3工序4
    班组1班组2 、班组3班组4 、班组5班组6
    产品17.05.0 9.09.0 7.07.0
    产品29.06.0 8.08.0 11.06.0
    产品35.08.0 6.06.0 9.08.0
    产品411.012.0 10.012.0 8.010.0
    产品56.09.0 13.011.0 9.09.0
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2022-08-18

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