一种船舶制造切割排配设备的制作方法

本发明是一种船舶制造切割排配设备，涉及船舶制造领域，具体属于零件制造领域。

背景技术：

目前，在船舶制造切割作业排配过程上，通常的做法是，按照分段产品的需求顺序排列相应的切割计划，工人分别针对每个分段，进行以本部门和外部门为区分的零件入托理料。而目前船舶制造过程中装配过程中对于零件的需求，通常分为多个批次和多个地点，虽然每个批次的装配方式相同，但是每个装配过程的时间差异较大，而现有切割作业计划运行过程中，分段内部的零件同一批次切割完成，不考虑零件的具体需求时间和地点，入托方式粗放，造成繁重的二次理料工作和缺料补料导致的工序停滞等问题，由此严重影响船舶制造的生产效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种船舶制造切割排配设备，旨在解决上述现有切割作业排配过程中存在的生产效率低下的问题。

为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种船舶制造切割排配设备，该系统包括切割生产线内多个加工单元，作为零件理料入托对应的工站，每个工站对应有场地面积、托盘可用数量及理料中待处理的托盘数量。该系统还包括：(1)产品结构模型模块：用于以船舶分段产品为基本单位，显示分段产品内部的结构信息和物量数据；(2)物料需求计划模块：用于后道用户部门以产品结构为基础分级节点，提出需求的时间和配送的地点；(3)切割能力模型模块：用于配置切割作业区的加工单元，包括切割类型、设备数量、物量能力、场地能力、托盘类型、托盘数量、托盘状态和设备状态；(4)切割计划排配模块：根据后道部门的物料需求计划、切割能力模型、智能优化结果，生成切割作业区的切割作业计划；(5) 零件入托排配模块：根据后道部门的物料需求计划、切割计划、智能优化结果，生成每个分段产品的零件入托明细；(6)智能优化模块：用于计划需求约束、产品结构模型约束、套料约束、托盘能力约束和场地约束等对于切割计划和零件入托明细进行多目标优化计算，生成最优的切割计划。

作为优选，所述的船舶制造切割排配系统，其中所述产品结构模型模块根据船舶分段产品零件编码规则生产分段产品结构模型，获取模型内部每个节点的物量数据，该模块还包括：(1)分段产品结构模型建立算法，即以分段、大组立、中组立、小组立、零件为基本模型，根据产品零件编码规则和分段零件明细生产分段产品结构模型；(2)物量获取子模块，即根据分段产品结构模型，从包括套料版图、装配图和船舶设计软件中获取分段产品结构模型每个节点对应的物量数据并建立节点与数据的关联关系；(3)工艺路径子模块，即根据分段产品对应的套料版图、分道套料规则和装配工艺模型，获取分段产品结构模型内部每个节点的工艺路径，并以父节点为单位进行合并。

作为优选，所述的船舶制造切割排配系统，其中所述的分段产品结构模型建立算法，根据船体零件编码中的分段码、装配码、位置码和零件码构建分段产品结构模型，其中顶层节点为分段码，装配码根据位数区分为大组立和中组立，作为顶层节点的子节点，位置码作为区分小组立的依据，并作为大组立和中组立的子节点，零件码对应于零件的基本标识，作为各级节点的叶节点。

作为优选，所述的船舶制造切割排配系统，其中所述的物料需求计划模块根据船舶分段产品结构模型，后道用户部门根据自身生产计划以分段产品结构模型的顶层节点为单位提出顶层需求计划，自动生成该分段产品内部每个节点的物料需求计划，该模块还包括分段产品物料需求生成算法，即以分段产品结构模型和工艺路径为基础，对于产品装配顺序进行自顶向下的分解计算，通过每个节点的物量数据和装配能力的优化计算，生成分段产品优化后的装配计划和对应的物料需求计划、配送地点。

作为优选，所述的船舶制造切割排配系统，其中所述的分段产品 物料需求生产算法为MDCP算法，根据分段产品编码和零件加工码构建分段产品的工艺路径模型，其中结构区域代码表征分段产品的分道建造走向，分段构造代码和零件加工码表征分段产品的工艺路径；每个工艺环节与产品结构模型的分级节点一一对应，通过每个节点物量数据和工艺环节的生产能力可以获取每个环节的净生产时间；根据估算提前期和库存缓冲时间，确定每个分段产品的物料需求计划；结合一个月内的天气预报、场地状态、设备状态和生产能力，对物料需求计划进行优化计算确定每个节点对应物料集合的配送地点。

作为优选，所述的船舶制造切割排配系统，其中所述的切割计划排配模块根据物料需求计划和产品套料约束，以分道套料的版图编码为依据，生成全部可能的切割计划给智能优化模块，并根据智能优化结果生成最终的切割计划。

作为优选，所述的船舶制造切割排配系统，其中所述的零件入托排配模块根据物料需求计划和每个可能的切割计划，以满足物料配送完整性需求为目标，生成全部可能的入托明细，并根据智能优化结果生成最终的零件入托明细。

作为优选，所述的船舶制造切割排配系统，其中所述的智能优化模块根据物料需求计划、产品套料约束、托盘能力约束和场地约束等进行多目标优化计算，该算法为MDCP算法，该方法包括如下步骤：

S1：产生初始离散复合型顶点；

S2：利用复合形顶点目标函数值大小，判断目标函数下降方向，产生新的较好的顶点；

S3：用新顶点代替原复合形中最坏的顶点；

S4：重复计算，使复合形不断向最优点方向收缩、移动；

S5：当满足收敛条件时即告结束，以其中最好顶点作为最优解。本发明的有益效果在于，本发明以船舶分段产品为单位，实现切割作业计划、零件入托明细与物料需求计划的一致性优化排配，其中根据分段产品装配过程的物料需求计划，对每个装配过程和每个分段产品装配节点以零件配送托盘为依托，对于切割计划和零件入托进行优化，实现产品装配过程的物料按时、齐备、准点供应，兼顾过程中所产生 的资金、时间、场地、人员等成本的最优，提高了船舶制造切割排配的生产效率。另外，本发明通过对分段内部每个装配过程的物料需求进行综合考虑，以此局部使用时选择出一个最优的切割计划以及在全局使用时选择出一个最优的入托规划，来提高船舶制造的生产效率。

附图说明

图1、本发明组成示意图；

图2、本发明的产品结构模型生成算法；

图3、本发明的切割计划优化算法图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。

图1为船舶制造切割排配系统的系统结构示意图。该船舶制造切割排配系统用于对船舶制造生产线上分段产品每个装配工序内的矩阵式排列的多个待选工站之间的路径进行优化排配，根据优化后的路径计划对切割作业区内部的计划进行优化排配并对于随之生成的理料入托方法进行优化排配。其中，每个待选工站为船舶装配工艺过程中下一个工艺过程对应的装配环节。每个待选工站对应有所属物料集合、加工物量数据、装配工艺模型、生产计划、等待时间及配送时间的数量值。

该切割排配系统包含有若干个模块，该若干个模块包含有产品结构模型模块、物料需求计划模块、切割能力模型模块、切割计划排配模块、零件入托排配模块和智能优化模块。其中：

(1)产品结构模型模块以分段产品为基本单位显示内部的结构组成和每个节点对应的工艺路径、物量数据。其中分段产品内部的结构组成以分段产品为根节点，以零件为叶节点，中间节点对应于包括大组立、中组立、小组立等船舶制造中间装配环节，以树状模型方式显示分段产品的装配物料结构。该模块的输入为分段产品零件明细表，根据零件的件号和零件编码规则生成该分段产品对应的产品结构模型。从零件明细表和装配文件中获取每个节点对应的物量数据。其中 叶节点的物量数据包括零件的周长、重量和切割长度，切割长度按照零件对应的切割套料版图进行合并；中间节点的物量数据包括装配焊接的类型、每个焊接类型对应的焊缝长度、装配结果的重量和周长。根据分段产品对应的套料版图、分道套料规则和装配工艺模型，获取分段产品结构模型内部每个节点的工艺路径，并以父节点为单位进行合并。

(2)物料需求计划模块以分段产品为单位，根据分段产品计划交付的时间节点，以该分段产品对应的产品结构模型自动生成装配过程的物料需求计划。根据船舶分段产品结构模型，后道用户部门根据自身生产计划以分段产品结构模型的顶层节点为单位提出顶层需求计划，自动生成该分段产品内部每个节点的物料需求计划，该模块还包括：分段产品物料需求生成算法，即以分段产品结构模型和工艺路径为基础，对于产品装配顺序进行自顶向下的分解计算，通过每个节点的物量数据和装配能力的优化计算，生成分段产品优化后的装配计划和对应的物料需求计划、配送地点。分段产品物料需求生产算法，根据分段产品编码和零件加工码构建分段产品的工艺路径模型，其中结构区域代码表征分段产品的分道建造走向，分段构造代码和零件加工码表征分段产品的工艺路径；每个工艺环节与产品结构模型的分级节点一一对应，通过每个节点物量数据和工艺环节的生产能力可以获取每个环节的净生产时间；根据估算提前期和库存缓冲时间即可以确定每个分段产品的物料需求计划；结合一个月内的天气预报、场地状态、设备状态和生产能力，对物料需求计划进行优化计算确定每个节点对应物料集合的配送地点。该算法为MDCP算法。

(3)切割能力模型模块用于配置切割作业区的加工单元，包括切割类型、设备数量、物量能力、场地能力、托盘类型、托盘数量、托盘状态和设备状态。

(4)切割计划排配模块用于根据分段产品对应的物料需求计划，将叶节点对应的切割套料版图进行合并，生成原料切割顺序和物料需求时间。以分段产品原料切割顺序和物料需求时间，对应切割作业区的加工单元负荷情况进行切割计划排配，以分道套料的版图编码为依 据，生成全部可能的切割计划。

(5)零件入托排配模块用于根据分段产品对应的物料需求计划和每个可能的分段切割计划，以每个装配节点下面的零件集合为单位，依据零件的尺寸和重量，生成相应的全部可能的入托方法。

(6)智能优化模块，根据物料需求计划、产品套料、托盘能力约束和场地约束等进行多目标优化计算，该算法为MDCP算法。

图2所示为分段产品结构模型建立算法的流程图，根据船体零件编码中的分段码、装配码、位置码和零件码，构建分段产品结构模型，其中顶层节点为分段码，装配码根据位数区分为大组立和中组立，作为顶层节点的子节点，位置码作为区分小组立的依据，并作为大组立和中组立的子节点，零件码对应于零件的基本标识作为各级节点的叶节点。

图3所示为多目标智能优化算法的流程图，具体实施步骤如下：

(1)满足时间约束，每个装配环节的完成时间必须满足时间变量边界条件，timin≤ti(0)≤timax(i＝1,2,…,n)。式中，timin、timax分别为每个装配环节的最早完成时间和最晚完成时间。初始离散点ti(0)只满足该装配环节的时间边界条件，但不一定满足其它约束条件；

(2)满足场地约束，每个装配环节的物料所占场地必须满足场地变量边界条件，Simin≤Si(0)≤Simax(i＝1,2,…,n)。式中，Simin、Simax分别为每个装配环节的最小面积需求和最大面积约束。初始离散点Si(0)只满足该装配环节的面积边界条件，但不一定满足其它约束条件；

(3)满足完整性约束，每个装配环节的物料必须齐备，M＝(M0，M1，…，Mk)。式中，M为每个装配环节对应的装配节点下面直接子节点的集合；

(4)形成初始复合形顶点，在全部可能的切割计划中选择一个初始切割计划，该计划必须满足前述边界条件，但不一定全部满足其它约束条件；

(5)离散一维搜索产生新点，由上一步产生的离散复合形顶点， 可计算各顶点的目标函数值，包括物料停滞时间、采购成本、配送成本、理料工时，令目标函数值最大的为最坏点，反之为最好点，在全部可能的切割计划中，随机选择下一个计划计算其各顶点的目标函数值，找出比最坏点要好的可行点，完成一次调优运算，形成新的复合形。如此反复进行使复合形向优化点逼近。

(6)遍历全部可能的切割计划之后，选择最优的切割计划作为结果输出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。