一种考虑纸病横向位置的纸卷分切排产优化方法及系统

本发明属于造纸工业自动化，尤其涉及一种考虑纸病横向位置的纸卷分切排产优化方法及系统。

背景技术：

1、纸卷分切是造纸生产过程中的重要环节，其任务是将纸机生产的大母卷按照客户订单要求，分切成不同宽度和数量的成品纸卷。分切排产方案的优劣直接影响企业的原料利用率、生产效率和经济效益。目前，造纸企业的分切排产主要采用基于纸边废料最小化的排产方法，现有技术中常用的排产方法是建立整数线性规划模型，以纸边废料最小化为目标，求解最优的切割方案，例如有文献记载了无剩余料头的优化排产模型，通过穷举可行切割方案并采用求解器求解整数规划，实现了纸边废料的最小化，还有研究进一步考虑了库存成本，建立了纸卷分切与库存管理的混合整数线性规划模型。

2、然而，上述方法均未考虑母卷的纸病分布情况。在实际生产中，母卷往往存在孔洞、脏点、褶皱等纸病，这些纸病在宽度方向上具有特定的横向位置，若切割方案将纸病落在成品纸卷幅面内，将导致该成品报废，造成原料浪费，现有方法仅以纸边废料为目标，无法规避纸病导致的成品损失。部分现有技术对纸病进行了处理，但仅限于断纸或纸病发生后的重新排产，例如有研究开发的纸卷排产及分切综合优化系统中设置了重新排产模块，当分切过程中出现断纸或纸病时，根据已完成产量重新建模排产，这类方法仅在纸病发生后进行补救，未能在排产阶段主动规避纸病，且未利用纸病的横向位置信息进行切割方案的预先优化，因此仍无法有效降低纸病导致的废品率。

3、此外，现有排产方法通常以原料利用率为单一优化目标，忽略了分切过程中的换刀成本，分切机在切换切割方案时需要调整切刀位置，这一过程需要停机操作，消耗人工和时间，尤其在高速特种纸生产中，频繁换刀会显著降低分切效率，增加人工负担。现有技术中尚未见同时考虑纸病横向位置和换刀成本的分切排产优化方法。综上所述，现有纸卷分切排产技术存在以下不足：未考虑纸病的横向位置，将母卷视为无差别的原材料，无法在排产阶段主动规避纸病，导致纸病落在成品纸卷幅面内造成浪费；未兼顾换刀成本，以单一原料利用率为目标，导致频繁换刀，降低分切效率；缺乏针对高速特种纸的专用排产方法，难以满足卷烟纸原纸、格拉辛纸等高速特种纸对质量与效率的双重要求。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种考虑纸病横向位置的纸卷分切排产优化方法及系统，以解决上述现有技术存在的问题。

2、第一方面，为实现上述目的，本发明提供了一种考虑纸病横向位置的纸卷分切排产优化方法，包括以下步骤：

3、获取母卷的纸病检测数据，根据所述纸病检测数据确定所述母卷宽度方向上的禁区区间；

4、根据订单需求生成候选切割模式，每个所述候选切割模式包含成品纸卷的宽度组合及每种宽度的成品纸卷在该模式中的份数；

5、根据所述禁区区间将所述母卷宽度划分为可用区间，将所述候选切割模式中的成品纸卷依次放入所述可用区间内进行可行性判断，将判断为可行的候选切割模式标记为可行模式，剔除不可行的候选切割模式；

6、系统维护当前切割模式及其对应的禁区特征，当新母卷到达时，获取所述新母卷的禁区区间并计算与所述当前切割模式对应的禁区特征的相似度，根据相似度判断结果和所述当前切割模式对所述新母卷的禁区区间的可行性确定是否切换至新的切割模式；

7、从所述可行模式中选取目标切割模式，对各母卷分配切割模式，使分配结果满足订单需求；

8、输出排产方案，所述排产方案包含每个母卷的切割模式及切刀位置。

9、可选的，所述禁区区间的确定过程包括：当母卷存在多个纸病时，将各个纸病在母卷宽度方向上的横向位置分别表示为区间形式，所有区间的集合作为所述禁区区间，所述禁区区间为多个不连续区间的并集。

10、可选的，可行性判断的过程包括：根据所述禁区区间将母卷宽度划分为可用区间；将所述候选切割模式中的成品纸卷按宽度降序排列；按排列顺序将每个成品纸卷依次尝试放入所述可用区间，选择第一个能够容纳该成品纸卷宽度的可用区间放入；当所述候选切割模式中的所有成品纸卷均能放入所述可用区间时，将该候选切割模式标记为可行模式，否则标记为不可行模式。

11、可选的，同一候选切割模式中成品纸卷在所述可用区间内存在多种排列顺序时，所述可行性判断的过程包括：依次尝试各种排列顺序，当存在至少一种排列顺序使得该候选切割模式中的所有成品纸卷均能放入所述可用区间时，将该候选切割模式标记为可行模式。

12、可选的，确定是否切换至新的切割模式的过程包括：系统维护当前切割模式及其对应的禁区特征；当新母卷到达时获取所述新母卷的禁区区间，计算所述新母卷的禁区区间与所述当前切割模式对应的禁区特征之间的相似度；当所述相似度大于预设阈值且所述当前切割模式对所述新母卷的禁区区间可行时，继续使用所述当前切割模式；当所述相似度小于或等于所述预设阈值，或者所述当前切割模式对所述新母卷的禁区区间不可行时，从所述可行模式中选取对所述新母卷的禁区区间可行的切割模式作为新的切割模式并触发换刀操作，将所述当前切割模式更新为所述新的切割模式，将所述当前切割模式对应的禁区特征更新为所述新母卷的禁区区间。

13、可选的，对各母卷分配切割模式的过程包括：从所述可行模式中选取目标切割模式，以换刀次数和纸边废料为优化目标建立整数规划模型；所述整数规划模型以每个切割模式的使用次数为决策变量，以各母卷分配的切割模式对其禁区区间可行作为约束条件，以所有母卷的产量汇总后满足订单需求作为约束条件；求解所述整数规划模型，根据求解结果确定每个切割模式的使用次数，按照各母卷到达顺序依次分配切割模式，相邻母卷之间切割模式不同时计为一次换刀。

14、第二方面，本发明还提供了一种考虑纸病横向位置的纸卷分切排产优化系统，用于实施一种考虑纸病横向位置的纸卷分切排产优化方法，所述系统包括：

15、数据获取模块，用于获取母卷的纸病检测数据和订单需求，根据所述纸病检测数据确定所述母卷宽度方向上的禁区区间；

16、模式生成模块，用于根据所述订单需求生成候选切割模式，每个所述候选切割模式包含成品纸卷的宽度组合及每种宽度的成品纸卷在该模式中的份数；

17、可行性过滤模块，用于根据所述禁区区间将所述母卷宽度划分为可用区间，将所述候选切割模式中的成品纸卷依次放入所述可用区间内进行可行性判断，将判断为可行的候选切割模式标记为可行模式，剔除不可行的候选切割模式；

18、实时决策模块，用于维护当前切割模式及其对应的禁区特征，当新母卷到达时获取所述新母卷的禁区区间并计算与所述当前切割模式对应的禁区特征的相似度，根据相似度判断结果和所述当前切割模式对所述新母卷的禁区区间的可行性确定是否切换至新的切割模式；

19、优化求解模块，用于从所述可行模式中选取目标切割模式，对各母卷分配切割模式，使分配结果满足订单需求；

20、排产输出模块，用于输出排产方案，所述排产方案包含每个母卷的切割模式及切刀位置。

21、第三方面，本发明还提供了一种计算机终端设备，包括：

22、一个或多个处理器；

23、存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；

24、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述第一方面中考虑纸病横向位置的纸卷分切排产优化方法的步骤。

25、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述第一方面中考虑纸病横向位置的纸卷分切排产优化方法的步骤。

26、第五方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中考虑纸病横向位置的纸卷分切排产优化方法的步骤。

27、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

28、本发明提供的一种考虑纸病横向位置的纸卷分切排产优化方法及系统，通过在排产阶段引入纸病横向位置约束，将禁区区间作为切割模式可行性的判断依据，确保切割方案主动规避纸病区域，避免纸病落在成品纸卷幅面内，显著降低因纸病导致的成品报废率，与现有技术中仅在纸病发生后进行补救的方式相比，实现了纸病的主动规避。本发明通过动态模式维护和相似性判断，在母卷立即分切的条件下，仅在禁区显著变化时换刀，避免了频繁换刀，降低了人工操作负担，提高了分切效率，与现有技术中以单一原料利用率为目标、忽略换刀成本的方式相比，兼顾了换刀成本。本发明特别适用于卷烟纸原纸、格拉辛纸等高速特种纸的生产场景，通过纸病主动规避与换刀成本优化，满足了高速特种纸对质量与效率的双重要求，具有较强的工业实用性，同时可采用整数规划方法实现精确求解，也可采用启发式算法实现快速求解，适应不同规模、不同约束条件的排产场景。