一种光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度方法及系统与流程

1.本发明属于智能制造领域，更具体地，涉及一种光纤预制棒沉积车间实验棒投放调度方法及系统。


背景技术：

2.流程制造行业，比如电缆、光纤等制造行业，在生产过程中需要经过多个加工步骤最终完成原材料转化，产出最终成品，在成品阶段才能通过检测，从而获得产品的质量数据，判断质量等级。如果遇到次品，同批次的产品都有可能存在质量问题。
3.光纤预制棒沉积车间，一般通过投放过程测试棒（pc棒），来监控车间的设备及工艺状态。过程测试棒是一种长度较正常光纤预制棒短而剖面结构相同的光纤预制棒，制作工艺和普通芯棒相同，作为试制工件，用于以较低成本尽早发现问题。人为加入的试制工件，从芯棒到预制棒再到光纤的全工艺流程中均需要优先放行，方便尽快到流程末端检测获得光纤参数数据，从而控制质量。合理的测试棒投放安排对生产效率的提升和质量问题的及时发现都十分重要。pc棒的合理投放安排，需要卡在烧结设备需要的时候提供，太早会导致没有烧结设备可以投放，太晚又会使得烧结设备没有棒子可以投放。目前光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度主要依靠人工经验，存在稳定性以及标准化的问题。
4.目前的生产排程调度方法，主要是集中解决离散型生产车间的排程调度问题，较少针对流程型制造行业中中间品质量检测困难的问题给出相应的解决办法，不能直接应用于光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤预制棒沉积车间实验棒投放调度方法及系统，其目的在于，将过程测试棒的投放作为干扰因素，增加到当前的生产计划中，采用启发式学习算法，根据当前设备的生产计划，插空排产，获得尽可能降低对光纤预制棒生产的影响的排产计划，由此解决现有技术不能针对光纤预制棒及过程测试棒顺序执行沉积和烧结工艺导致的过程测试棒投放计划干扰正常光纤预制棒生产计划的技术问题。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度方法，其特征在于，应用于包括m台预制棒沉积设备、以及n台预制棒烧结设备的光纤预制棒沉积车间，包括以下步骤：（1）根据当前的生产计划、以及过程测试棒的投放计划，绘制表征由于预制棒沉积工序和预制棒烧结工序需要顺序进行导致预制棒沉积设备和预制棒烧结设备需要等待机时的干扰图h；（2）采用启发式学习，根据步骤（1）获得的干扰图，以排产计划干扰总和作为适应度，以适应度最小为优化目标优化将过程测试棒的投放计划加入到当前的生产计划中获得的排产计划；所述排产计划的干扰总和为所述排产计划中存在相互干扰的设备对的总数
量。
7.优选地，所述光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度方法，其所述当前的生产计划，包括所述m台预制棒沉积设备i、以及n台预制棒烧结设备j的在当前生产计划持续时间内的空闲状态；所述过程测试棒的投放计划，包括需要投放的过程测试棒数量k。
8.优选地，所述光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度方法，其所述干扰图h以所有m台预制棒沉积设备以及n台预制棒烧结设备为顶点，以投放过程测试棒导致相互干扰的预制棒沉积设备i以及预制棒烧结设备j的关联为边。
9.优选地，所述光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度方法，其所述干扰图h={m n，v，e}；其中：m n为顶点个数，即预制棒沉积设备以及预制棒烧结设备的数量总和；v为设备集合，包括两个子集：vi为预制棒沉积设备集合，vi为预制棒沉积设备则有vi∈vi；vj为预制棒烧结设备集合，vj为预制棒烧结设备则有vj∈vj；e为干扰图的边，包括一对生产过程测试棒由于预制棒沉积设备和预制棒烧结设备相互等待机时导致干扰的预制棒沉积设备和预制棒烧结设备对；对于设备对(v
i, vj)，当利用预制棒沉积设备vi最近的空闲机时生产过程测试棒，当产出完成后等待预制棒烧结设备vj能用于生产过程测试棒的空闲机时的等待时长小于预设阈值时，则判断所述设备对(v
i, vj)之间无干扰，即e(v
i, vj)=0；否则判断所述设备对(v
i, vj)之间存在干扰，即e(v
i, vj)=1。
10.优选地，所述光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度方法，其步骤（2）采用禁忌搜索算法优化将过程测试棒的投放计划加入到当前的生产计划中获得的排产计划；其：评价函数为适应度，即排产计划干扰总和。对于排产计划s，其干扰总和按照如下方法计算：f(s)=∑e(v
i, vj), (v
i, vj)∈κ其中，κ为用于生产k个过程测试棒的设备对集合。排产计划s，对于每一个过程测试棒，分配一对包括预制棒沉积设备和预制棒烧结设备的设备对(v
i, vj)，用于生产k个过程测试棒的设备对组成设备对集合κ。
11.领域移动的动作为：选择至少一对设备对进行预制棒沉积设备或预制棒烧结设备重新匹配，形成新的设备对集合κ’以及新的排产计划s’，当前排产计划的所有动作构成当前排产计划的邻域。
12.禁忌表长度处于预制棒沉积设备数量和预制棒烧结设备数量较小值的0.9至1倍之间，记作l∈[0.9min(m, n), min(m, n)]；邻居选择策略为：在邻域的所有动作中，选择适应度最小的排产计划作为当前解；藐视准则为：当邻域中存在动作使得新的排产计划s’的适应度小于当前最优解的排产计划时，在禁忌表中删除该动作并执行，同时将该排产计划作为新的当前解和当前最优解；停止规则为：迭代次数超过预设阈值或当前解的排产计划干扰总和为0。
[0013]
按照本发明的另一个方面，提供了一种光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度系统，其布设于包括m台预制棒沉积设备、以及n台预制棒烧结设备的光纤预制棒沉积车间的调度控制设备，包括计划获取模块、以排产模块；
所述计划获取模块，用于获取当前的生产计划、以及过程测试棒的投放计划，绘制表征由于预制棒沉积工序和预制棒烧结工序需要顺序进行导致预制棒沉积设备和预制棒烧结设备需要等待机时的干扰图h，提供给所述排产模块；所述排产模块，基于启发式学习模型，根据所述干扰图，以排产计划干扰总和作为适应度，以适应度最小为优化目标优化将过程测试棒的投放计划加入到当前的生产计划中获得的排产计划，并输出；所述排产计划的干扰总和为所述排产计划中存在相互干扰的设备对的总数量。
[0014]
优选地，所述光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度系统，其所述当前的生产计划，包括所述m台预制棒沉积设备i、以及n台预制棒烧结设备j的在当前生产计划持续时间内的空闲状态；所述过程测试棒的投放计划，包括需要投放的过程测试棒数量k。
[0015]
优选地，所述光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度系统，其所述干扰图h以所有m台预制棒沉积设备以及n台预制棒烧结设备为顶点，以投放过程测试棒导致相互干扰的预制棒沉积设备i以及预制棒烧结设备j的关联为边。
[0016]
优选地，所述光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度系统，其所述干扰图h={m n，v，e}；其中：m n为顶点个数，即预制棒沉积设备以及预制棒烧结设备的数量总和；v为设备集合，包括两个子集：vi为预制棒沉积设备集合，vi为预制棒沉积设备则有vi∈vi；vj为预制棒烧结设备集合，vj为预制棒烧结设备则有vj∈vj；e为干扰图的边，包括一对生产过程测试棒由于预制棒沉积设备和预制棒烧结设备相互等待机时导致干扰的预制棒沉积设备和预制棒烧结设备对；对于设备对(vi, vj)，当利用预制棒沉积设备vi最近的空闲机时生产过程测试棒，当产出完成后等待预制棒烧结设备vj能用于生产过程测试棒的空闲机时的等待时长小于预设阈值时，则判断所述设备对(vi, vj)之间无干扰，即e(vi, vj)=0；否则判断所述设备对(vi, vj)之间存在干扰，即e(vi, vj)=1。
[0017]
优选地，所述光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度系统，其所述排产模块采用禁忌搜索算法优化将过程测试棒的投放计划加入到当前的生产计划中获得的排产计划；其：评价函数为适应度，即排产计划干扰总和。对于排产计划s，其干扰总和按照如下方法计算：f(s)=∑e(v
i, vj), (v
i, vj)∈κ其中，κ为用于生产k个过程测试棒的设备对集合。排产计划s，对于每一个过程测试棒，分配一对包括预制棒沉积设备和预制棒烧结设备的设备对(v
i, vj)，用于生产k个过程测试棒的设备对组成设备对集合κ。
[0018]
领域移动的动作为：选择至少一对设备对进行预制棒沉积设备或预制棒烧结设备重新匹配，形成新的设备对集合κ’以及新的排产计划s’，当前排产计划的所有动作构成当前排产计划的邻域。
[0019]
禁忌表长度处于预制棒沉积设备数量和预制棒烧结设备数量较小值的0.9至1倍之间，记作l∈[0.9min(m, n), min(m, n)]；邻居选择策略为：在邻域的所有动作中，选择适应度最小的排产计划作为当前解；
藐视准则为：当邻域中存在动作使得新的排产计划s’的适应度小于当前最优解的排产计划时，在禁忌表中删除该动作并执行，同时将该排产计划作为新的当前解和当前最优解；停止规则为：迭代次数超过预设阈值或当前解的排产计划干扰总和为0。
[0020]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本发明针对光纤预制棒需要顺序执行沉积工艺和烧结工艺，而投放过程测试棒需要等待两种设备机时，或者影响正常的光纤预制棒生产的问题，根据当前设备的中预制棒沉积设备和预制棒烧结设备的生产计划，得出表征由于预制棒沉积工序和预制棒烧结工序需要顺序进行导致预制棒沉积设备和预制棒烧结设备需要等待机时的干扰图，根据干扰图采用启发式学习算法，获得恰能使沉积的过程测试棒工艺完成时落在预制棒烧结设备缺棒的空闲机时时间窗中，从而有效的执行过程测试棒投放计划的同时，几乎不影响正常的光纤预制棒生产计划，提高光纤预制棒生产效率并保证光纤预制棒的生产质量，具有商业推广价值。
附图说明
[0021]
图1是本发明实施例提供的光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度方法流程示意图；
具体实施方式
[0022]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0023]
对于包括m台预制棒沉积设备、以及n台预制棒烧结设备的光纤预制棒沉积车间，本发明提供的光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度方法，包括以下步骤：（1）根据当前的生产计划、以及过程测试棒（pc棒）的投放计划，绘制表征由于预制棒沉积工序和预制棒烧结工序需要顺序进行导致预制棒沉积设备和预制棒烧结设备需要等待机时的干扰图h；所述当前的生产计划，包括所述m台预制棒沉积设备i、以及n台预制棒烧结设备j的在当前生产计划持续时间内的空闲状态；所述过程测试棒的投放计划，包括需要投放的过程测试棒数量k；所述干扰图h以所有m台预制棒沉积设备以及n台预制棒烧结设备为顶点，以投放过程测试棒导致相互干扰的预制棒沉积设备i以及预制棒烧结设备j的关联为边；具体而言，h={m n，v，e}；其中：m n为顶点个数，即预制棒沉积设备以及预制棒烧结设备的数量总和；v为设备集合，包括两个子集：vi为预制棒沉积设备集合，vi为预制棒沉积设备则有vi∈vi；vj为预制棒烧结设备集合，vj为预制棒烧结设备则有vj∈vj；e为干扰图的边，包括一对生产过程测试棒由于预制棒沉积设备和预制棒烧结设
备相互等待机时导致干扰的预制棒沉积设备和预制棒烧结设备对；对于设备对(v
i, vj)，当利用预制棒沉积设备vi最近的空闲机时生产过程测试棒，当产出完成后等待预制棒烧结设备vj能用于生产过程测试棒的空闲机时的等待时长小于预设阈值时，则判断所述设备对(v
i, vj)之间无干扰，即e(v
i, vj)=0；否则判断所述设备对(v
i, vj)之间存在干扰，即e(v
i, vj)=1。干扰的判断规则，可适当调整，当不能得到排产结果时，将等待时长的预设阈值提高，从而放宽约束，获得排产结果。
[0024]
（2）采用启发式学习，根据步骤（1）获得的干扰图，以排产计划干扰总和作为适应度，以适应度最小为优化目标优化将过程测试棒的投放计划加入到当前的生产计划中获得的排产计划；所述排产计划的干扰总和为所述排产计划中存在相互干扰的设备对的总数量。
[0025]
优选采用禁忌搜索算法优化将过程测试棒的投放计划加入到当前的生产计划中获得的排产计划；其：评价函数为适应度，即排产计划干扰总和。对于排产计划s，其干扰总和按照如下方法计算：f(s)=∑e(v
i, vj), (v
i, vj)∈κ其中，κ为用于生产k个过程测试棒的设备对集合。排产计划s，对于每一个过程测试棒，分配一对包括预制棒沉积设备和预制棒烧结设备的设备对(v
i, vj)，用于生产k个过程测试棒的设备对组成设备对集合κ。
[0026]
领域移动的动作为：选择至少一对设备对进行预制棒沉积设备或预制棒烧结设备重新匹配，形成新的设备对集合κ’以及新的排产计划s’，当前排产计划的所有动作构成当前排产计划的邻域。
[0027]
禁忌表长度处于预制棒沉积设备数量和预制棒烧结设备数量较小值的0.9至1倍之间，记作l∈[0.9min(m, n), min(m, n)]。
[0028]
邻居选择策略为：在邻域的所有动作中，选择适应度最小的排产计划作为当前解；藐视准则为：当邻域中存在动作使得新的排产计划s’的适应度小于当前最优解的排产计划时，在禁忌表中删除该动作并执行，同时将该排产计划作为新的当前解和当前最优解；停止规则为：迭代次数超过预设阈值或当前解的排产计划干扰总和为0。
[0029]
光纤预制棒沉积车间是光纤预制棒制作的一个环节，光纤预制棒的顺利生产还需要原料采购供应、光纤预制棒检测等多个环节的配合，相对于其他启发式学习，禁忌搜索算法具备良好的可解释性，从而能配合上下有工艺环节，灵活的做出调整。
[0030]
本发明提供的一种光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度系统，布设于包括m台预制棒沉积设备、以及n台预制棒烧结设备的光纤预制棒沉积车间的调度控制设备，包括计划获取模块、以排产模块；所述计划获取模块，用于获取当前的生产计划、以及过程测试棒的投放计划，绘制表征由于预制棒沉积工序和预制棒烧结工序需要顺序进行导致预制棒沉积设备和预制棒烧结设备需要等待机时的干扰图h，提供给所述排产模块；所述排产模块，基于启发式学习模型，根据所述干扰图，以排产计划干扰总和作为适应度，以适应度最小为优化目标优化将过程测试棒的投放计划加入到当前的生产计划中
获得的排产计划，并输出；所述排产计划的干扰总和为所述排产计划中存在相互干扰的设备对的总数量。
[0031]
以下为实施例：本实施例针对的光纤预制棒沉积车间，包括m台预制棒沉积设备、以及n台预制棒烧结设备的光纤预制棒沉积车间，m=50，n=30。
[0032]
本实施例提供的光纤预制棒沉积车间过程测试棒投放调度方法，如图1所示，包括以下步骤：（1）根据当前的生产计划、以及过程测试棒（pc棒）的投放计划，绘制表征由于预制棒沉积工序和预制棒烧结工序需要顺序进行导致预制棒沉积设备和预制棒烧结设备需要等待机时的干扰图h；所述当前的生产计划，包括所述m台预制棒沉积设备i、以及n台预制棒烧结设备j的在当前生产计划持续时间内的空闲状态。
[0033]
所述过程测试棒的投放计划，包括需要投放的过程测试棒数量k；所述干扰图h以所有m台预制棒沉积设备以及n台预制棒烧结设备为顶点，以投放过程测试棒导致相互干扰的预制棒沉积设备i以及预制棒烧结设备j的关联为边；具体而言，h={m n，v，e}；其中：m n为顶点个数，即预制棒沉积设备以及预制棒烧结设备的数量总和；v为设备集合，包括两个子集：vi为预制棒沉积设备集合，vi为预制棒沉积设备则有vi∈vi；vj为预制棒烧结设备集合，vj为预制棒烧结设备则有vj∈vj；e为干扰图的边，包括一对生产过程测试棒由于预制棒沉积设备和预制棒烧结设备相互等待机时导致干扰的预制棒沉积设备和预制棒烧结设备对；对于设备对(v
i, vj)，当利用预制棒沉积设备vi最近的空闲机时生产过程测试棒，当产出完成后等待预制棒烧结设备vj能用于生产过程测试棒的空闲机时的等待时长小于预设阈值时，则判断所述设备对(v
i, vj)之间无干扰，即e(v
i, vj)=0；否则判断所述设备对(v
i, vj)之间存在干扰，即e(v
i, vj)=1。
[0034]
本实施例中，干扰图h={m n=80，v，e}，当利用预制棒沉积设备vi最近的空闲机时生产过程测试棒，当产出完成后等待预制棒烧结设备vj能用于生产过程测试棒的空闲机时的等待时长为0时，即无需等待，则判断所述设备对(v
i,vj
)之间无干扰，即e(v
i,vj
)=0；否则判断所述设备对(v
i,vj
)之间存在干扰，即e(v
i,vj
)=1。
[0035]
（2）采用启发式学习，根据步骤（1）获得的干扰图，以排产计划干扰总和作为适应度，以适应度最小为优化目标优化将过程测试棒的投放计划加入到当前的生产计划中获得的排产计划；所述排产计划的干扰总和为所述排产计划中存在相互干扰的设备对的总数量。
[0036]
本实施例采用禁忌搜索算法优化将过程测试棒的投放计划加入到当前的生产计划中获得的排产计划；其评价函数为适应度，即排产计划干扰总和。对于排产计划s，其干扰总和按照如下方法计算：f(s)=∑e(v
i, vj), (v
i, vj)∈κs其中，κs为排产计划s中用于生产k个过程测试棒的设备对集合。排产计划s，对于
每一个过程测试棒，分配一对包括预制棒沉积设备和预制棒烧结设备的设备对(v
i, vj)，用于生产k个过程测试棒的设备对组成设备对集合κ。
[0037]
领域移动的动作为：选择至少一对设备对进行预制棒沉积设备或预制棒烧结设备重新匹配，形成新的设备对集合κ’以及新的排产计划s’，当前排产计划的所有动作构成当前排产计划的邻域。
[0038]
禁忌表长度为30。
[0039]
邻居选择策略为：在邻域的所有动作中，选择适应度最小的排产计划作为当前解；藐视准则为：当邻域中存在动作使得新的排产计划s’的适应度小于当前最优解的排产计划时，在禁忌表中删除该动作并执行，同时将该排产计划作为新的当前解和当前最优解；停止规则为：迭代次数超过预设阈值或当前解的排产计划干扰总和为0。
[0040]
具体步骤如下：（2-1）将干扰图h中所有顶点随机分入k个设备，得到排产计划的初始解s0={v1，v2，
…
，vk}，其中v1，v2，
…
，vk分别表示设备对1，2，
…
，k，且确保每个设备对包括一个预制棒沉积设备和预制棒烧结设备。
[0041]
（2-2）求解初始解的适应度值f（s0）=∑e(v
i, vj), (v
i, vj)∈κ
s0
，其中，对于预制棒沉积设备vi，预制棒烧结设备vj，e(v
i, vj)表示其干扰图的取值，存在干扰时，e(v
i, vj)为1，否则为0，即无需等待预制棒烧结设备的机时，则为0，需要等待，则为1。f（s0）表示初始解s0中存在的干扰总和；（2-3）判断初始解的适应度值f（s0）是否为0，若f（s0）=0，则s0={v1，v2，
…
，vk}为排产计划的预制棒沉积设备和预制棒烧结设备分配结果，为生产k个过程测试棒提供相应设备机时；否则，生成当前解s=s0={v1，v2，
…
，vk}和当前最优解s
best
=s0={v1，v2，
…
，vk}。当前解适应度值f(s)=f（s0），当前最优解适应度值f
best
(s)=f（s0）；（2-4）将当前解s中设备对vi中的预制棒沉积设备vi，从设备对vi中移动到设备对vj中取代其原有的预制棒沉积设备，并从其他未匹配的选择的预制棒沉积设备中随机选择一个移动到设备对vi中，记为动作（c，vi，vj），1≤i≤k，1≤j≤k，i≠j。用当前解s的所有动作，构成当前解s的邻域neigh。
[0042]
（2-5）在当前解s的邻域neigh中选择动作（c，vi，vj）min，使该动作执行后对应适应度值f(s)最小；（2-6）判断步骤6中选择的动作（c，vi，vj）min是否在长度为30的禁忌表中，如果不在禁忌表中，对当前解s执行该动作，生成新解s'，跳步骤（2-7）；否则：判断该动作是否满足藐视准则，若满足，对当前解s执行该动作，并更新当前解、当前最优解、当前解适应度、当前最优解适应度，跳转步骤（2-4）；若不满足，则在邻域neigh中删除该动作，跳步骤（2-5）；（2-7）：将步骤（2-6）中执行的动作（c，vi，vj）min加入禁忌表，比较新解s'适应度值f(s’)与当前解适应度值f(s)的大小，若f(s’)《f(s)，则用新解s'代替当前解s，即s=s'，用新解s'适应度值代替当前解s适应度值，即f(s)=f(s’)，跳转步骤（2-5）；否则，在邻域neigh中删除该动作，转向步骤（2-5）。
[0043]
（2-8）：判断当前最优解适应度值f
best
(s)是否为0，若为0，输出当前最优解的排产
方案s
best
中用于生产k个过程测试棒的设备对集合；否则，跳回步骤（2-1）。
[0044]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。