基于规则的船体分段物流调度方法与流程

本发明属于制造行业的自动化和信息领域，具体涉及一种面向船厂的船体分段厂内物流作业的动态调度方法。

技术背景

船舶分段作为船舶制造的中间产品，在组装成型之前，需要在厂内经过刷漆、舾装等程序。由于堆场场地的堆放能力以及生产加工的效率限制，船舶分段在场地内往往出现密集堆放的情况。在实际操作中，分段的堆放往往未能实现合理规划，同时生产计划存在经常性的变动，导致堆场内一个分段的移出移入需要产生大量的衍生指令，严重影响了场内的物流效率。

船体分段在进行最后总装之前需要先后在多个堆场中进行堆放以及加工。每个堆场容量有限并且功能相对单一，而每个分段所要求的进行的工艺阶段是不同的，这就要求各个分段在几个堆场之间进行不同而有序的单向流动。每天，业务部门都会向物流部门提出若干分段移动的需求，由于目标分段存放在各二级场地上，且二级场地上没有预留平板车行驶的空间，要利用宽大的平板车移出目标分段就需要先挪开路径上的其他分段，即衍生指令，使得分段调度问题复杂化。

在学术文献领域，有学者根据分段作业计划提出物流调度的启发式优化算法，利用了分段加工的时间窗动态设置滚动调度窗口和滚动机制；将复杂的动态空间调度问题分解为若干短周期和单作业平台上的调度子问题。然而，在企业实际运作过程中，船体分段物流调度没有可靠辅助手段，任然依赖于工作人员的操作经验，尚无相关已公开的专利。

技术实现要素：

为减少船体分段在厂内移动的衍生指令数，提高船厂生产效率，降低运作成本，本发明提出一种基于规则的船体分段物流调度方法。本发明为了在一段时间内，使场地的分段摆放相对合理，在进行分段调度时，能尽可能的减少衍生指令。

本发明的技术方案利用分段摆放规则，在执行船体分段移动指令的过程中，使得分段总搬运次数最小，其依次包括如下步骤：

步骤（1）获取船厂场地划分的空间数据

将整个造船厂的作业堆场定义为一级场地，按照作业类别的不同，划分为多个彼此隔离的二级场地，作业类别包括涂装和舾装，二级场地中每个能容纳一个分段摆放的区域定义为三级场地。

步骤（2）获取三级场地状态数据

基于船厂生产管理系统，获取三级场地的实时状态数据，包括固定属性：三级场地编码、所属的区域、场地优先级、场地支持工艺、堆放系数、是否含有动能源，以及动态属性：所堆放的分段ID号、堆放分段在该三级场地的剩余工艺周期天数，其中场地优先级分为A、B、C三级；针对三级场地的空间摆布，需要事先设定：靠近道路的场地堆放系数为0，与道路间隔1个三级场地的堆放系数为1，依次类推，理想情况下，工艺周期天数短（即进出优先级高）的分段分布在场地外围，即堆放系数低的三级场地。

步骤（3）获取分段移动申请清单

由业务部门提供，包括移动申请ID、移动分段ID、移出区域的三级场地编码、工艺流向、动能需求、分段工艺周期天数。

步骤（4）按照设定的规则，计算出平板车的移动指令

步骤（4.1）对分段移动申请清单进行排序，按照工艺流向靠后排序靠前，工艺流向相同，则工艺周期短的排序靠前。

步骤（4.2）计算空闲的三级场地，包括目前空闲的三级场地编码和分段移动申请清单中分段将移出的三级场地编码。

步骤（4.3）计算各三级场地阻力，根据场地堆放系数和分段在场地的剩余周期天数的排序进行计算；针对三级场地，摆放了分段的场地产生阻力值，空场地不产生阻力值；在计算阻力最小路径的时候优先从那些摆放不合理的分段所构成的路径中通过，以期通过衍生指令，将这些摆放不合理的分段放置到合理的位置；具体执行步骤如下：以各二级场地为整体依次执行，按照分段在各三级场地的剩余工艺周期天数进行排序，将分段的排序和场地堆放系数的排序进行比对，找出序号不匹配的分段，即摆放不合适，将这些分段所在的三级场地的阻力值设为a(0<a<1)，意思是若产生的衍生指令都要移动一个分段，则优先移动摆放不合适的分段。

场地阻力值指的是平板车经过某个三级场地所遇到的阻力，空场地的阻力值为0，有分段摆放的三级场地阻力值为某一具体值。

考虑到在分段移动过程中应同时优化堆场的摆放现状，场地的堆放系数与分段工艺周期的关系。从整体优化的角度来看，工艺周期天数较大的分段近期提取的可能性较小，应放置在堆放系数较大的三级场地以免阻挡其他优先提取的分段的路径，而工艺周期天数较小的分段应放置在堆放系数较小的三级场地以便于进出。首先确定该二级场地的堆放系数数列，若某二级场地堆放系数为0,1,2的三级场地个数为[10,8,8]；其次按照分段在该场地的剩余工艺周期天数进行排序，若某分段的剩余周期天数在该二级场地上排第12，其所在的三级场地的堆放系数为0。将期周期天数排序与堆放数列比对，发现该分段放在了不合适的位置，将该分段的阻力值设为a(a<1)，a<1表示若产生的衍生指令都要移动一个分段，则优先移动摆放不合适的分段。若若某分段的剩余周期天数在该二级场地上排第15，其所在的三级场地的堆放系数为1，表示该分段放置于合适的场地，设置该场地的阻力值为1。理想情况下，周期天数短（即进出优先级高）的分段摆放在堆放系数低的三级场地，而事实往往不是如此，本方法在计算阻力最小路径的时候优先从那些摆放不合理的分段所构成的路径中通过，以期通过衍生指令，将这些摆放不合理的分段放置到合理的位置；具体执行步骤如下：以各二级场地为整体依次执行，按照分段在各三级场地的剩余工艺周期天数进行排序，将分段的排序和场地堆放系数的排序进行比对，找出序号不匹配的分段，即摆放不合适，将这些分段所在的三级场地的阻力值设为a(0<a<1)，意思是若产生的衍生指令都要移动一个分段，则优先移动摆放不合适的分段。

步骤（4.4）计算场地总阻力和进出场路径，计算三级场地至道路阻力最小的路径以及总阻力值，路径用三级场地编码表示。

出于使进出场过程中衍生指令最少的考虑，将每个二级场地构建成一个网络，构建方法如下：以每个三级场地为顶点，相邻的两个三级场地之间用有向边连接，权重为进入该场地的阻力值，构建场地有向图。利用路径计算方法，可以计算出每个三级场地至道路阻力值最小的路径，路径可以用三级场地序列表示。

步骤（4.5）指定移动申请清单中分段要移入的三级场地，需要满足的硬约束为：动能源和工艺属性，软约束依次为场地优先级、堆放系数匹配和总阻力。

在选定目标三级场地的时候要注意三级场地应符合各项约束条件，硬性约束包括满足动能源需求，目标工艺阶段。软性约束依次为场地优先级、场地堆放系数、进出阻力最小值。

步骤（4.6）计划执行的指令排序，工艺流向靠后排序靠前，阻力值小的靠前。

步骤（4.7）平板车运输衍生指令运算，依次按照以下顺序：待移入场地盘整、待移出场地盘整、计划指令；规定：衍生指令不允许再产生衍生指令，衍生指令产生的分段优先放置于空闲的位置，如果没有空闲位置则放回原位。

有益效果

规则的设置，降低了人为的不确定，通过实践验证，一般船厂在堆场堆放率达到80%以上时，衍生指令可以降低到40%左右。

同时，通过实际的运营，可以不断的完善规则库，使得该方法具有良好的可扩展性。

附图说明

图1是基于规则的船体分段物流调度方法流程。

图2是场地分段摆放现状，共有三个二级场地，斜线表示该部分是墙，平板车无法进出，每个小方格表示1个三级场地，方格上的数字表示放置于该场地上分段的剩余工艺周期天数，没有数字显示的为空闲场地，数字显示为0的为将要执行下一道工艺的分段。

图3是场地堆放系数，方格上的数字表示该场地的堆放系数。

图4是场地阻力值，方格上的数字表示该场地的进入阻力。

图5是场地至道路的总阻力值，方格上的数字表示该场地上的分段至道路或者分段进入该场地的总阻力值。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来揭示实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，总体计算流程如图1所示。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，为简化说明，将实施方案做一定简化，假设船厂有三片分段堆放场地，场地上堆放了不同周期数的分段，如图2所示。每片二级场地专注于某种工艺，工艺1在二级场地1完成，工艺2在二级场地2完成，工艺3在三级场地3完成。每片二级场地的堆放系数如图3所示。假设所有分段有动能需求，且所有三级场地皆有动能源。

为了简化描述，采用下述符号描述

i某三级场地在对应的二级场地中的行序号

j某三级场地在对应的二级场地中的列序号

二级场地n上的(i,j)的三级场地

三级场地的堆放系数

三级场地上的分段

分段在第m道工艺的周期天数

假设船体分段要经过工艺1、工艺2和工艺3这三道工序，现要将分段和移入进行工艺3和工艺2，天，天。根据本发明的计算流程进行如下操作：

（1）根据分段的工艺流向以及工艺周期来进行排序。由于分段工序靠后，则优先执行分段后执行分段

（2）找出各场地内堆放天数与堆放系数不匹配的分段，并设该场地的阻力值为a（a<1）。如图4所示

（3）计算三级场地和至道路阻力最小的路径，以及进入阻力最小的路径，最小总阻力值标注于图5上。

（4）确定所要移入的三级场地

由于天，在目标二级场地中排序23，若将其放在堆放系数较小的三级场地中会影响后续其他分段的出库行动，故应放在堆放系数为2的三级场地中。三级场地堆放系数均为2，但是三级场地最小路径值更小，故选择场地

最小阻力进入路径为：按照规则，优先处理靠近道路的衍生指令。生成如下指令：

→临时摆放

（计划）

（5）计算分段的出场路径。

最小阻力移出路径：其中上都存在着分段，故为该条路径的衍生指令。按照规则，优先处理靠近道路的衍生指令。生成如下指令：

→临时摆放

（6）更新调度的平板车移动指令清单。

→临时摆放

→临时摆放

（计划）

（7）移出的移动申请，只需要移动分段重新计算场地状况，包括阻力值，最小阻力路径等，原来剩余周期天数较大的分段移动到了堆放系数较大的三级场地在移动次数较少的前提下实现了对场地的优化盘整。

（8）确定所要移入的三级场地

由于天，在目标二级场地中排序12，应放置在堆放系数为1的三级场地。考虑到总阻力值最小，可以放置进入移入路径为：产生一个衍生指令生成如下指令：

（计划）

（9）计算分段的出场路径。

最小阻力移出路径：不产生衍生指令，生成指令为：

（计划）

（10）更新移动的平板车移动指令清单

（计划）

（11）所有移动申请处理完毕。