基于APS的卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化方法研究

魏佳 劉艷超 劉西堯

摘要：為了提高卷煙生產(chǎn)排程集成控制能力，提出基于APS的卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化方法?；贏PS構(gòu)建多數(shù)學(xué)模型，以分析卷煙生產(chǎn)排程的優(yōu)化模式。利用Lyapunov函數(shù)使該卷煙生產(chǎn)排程的生產(chǎn)線系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，并卷煙生產(chǎn)的約束參量模型，根據(jù)約束參量模型得到多?？刂茽顟B(tài)方程。通過(guò)分析卷煙的控制狀態(tài)，完成集成控制的參量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化。仿真結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化控制的自適應(yīng)性較好，穩(wěn)態(tài)控制能力較強(qiáng)，具有很好的卷煙生產(chǎn)排程集成控制和流程管控能力。

關(guān)鍵詞：APS;卷煙生產(chǎn);排程;集成;控制

中圖分類號(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

ResearchonIntegratedOptimizationoftheProductionScheduleoftheCigaretteBasedonAPS

WEIJia，LIUYanchao，LIUXiyao

（WuhanCigaretteFactory，ChinaTobaccoHubeiIndustrialCo，Ltd.，Wuhan430040，China）

Abstract：Inordertoimprovetheintegratedcontrolabilityofcigaretteproductionscheduling，anintegratedoptimizationmethodofcigaretteproductionschedulingbasedonAPSisproposed.BasedonAPS，amultimathematicalmodelisconstructedtoanalyzetheoptimizationmodeofcigaretteproductionscheduling.ALyapunovfunctionisusedtomaketheproductionlinesystemofcigaretteproductionscheduleinequilibriumstate，andtheconstraintparametermodelofcigaretteproductionisusedtoobtainthemultimodecontrolstateequationaccordingtotheconstraintparametermodel.Byanalyzingthecontrolstateofcigarette，thesteadystateadjustmentofintegratedcontrolparametersiscompleted，andtheintegratedoptimizationofcigaretteproductionschedulingisrealized.Thesimulationresultsshowthatthemethodisadaptivetotheintegratedoptimalcontrolofcigaretteproductionscheduling.Ithasgoodperformance，strongsteadystatecontrolability，goodcigaretteproductionscheduling，andhascontrolandprocesscontrolability.

Keywords：APS;cigaretteproduction;scheduling;integration;control

0引言

為滿足卷煙市場(chǎng)需求，小批量柔性生產(chǎn)已逐漸代替剛性生產(chǎn)模式，但柔性模式下卷煙生產(chǎn)車間排程難度增大，為提高卷煙生產(chǎn)水平，急需優(yōu)化生產(chǎn)排程。針對(duì)該問(wèn)題已有部分處理方法，如關(guān)聯(lián)規(guī)則調(diào)度法、統(tǒng)計(jì)特征分析法、模糊控制方法等。排程問(wèn)題引起了業(yè)界內(nèi)的重視，排程問(wèn)題的核心思想是是要優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)全局性的調(diào)度，從而提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率及輸出，最終實(shí)現(xiàn)卷煙生產(chǎn)的全局最優(yōu)。研究卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化方法，在促進(jìn)卷煙生產(chǎn)質(zhì)量?jī)?yōu)化中具有重要意義[1]。

基于關(guān)聯(lián)規(guī)則調(diào)度的卷煙生產(chǎn)排程集成控制，采用模糊關(guān)聯(lián)規(guī)則調(diào)度方法，進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成調(diào)度?；诮y(tǒng)計(jì)特征分析的卷煙生產(chǎn)排程集成方法，采用大數(shù)據(jù)信息融合方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成控制，但該方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成的模糊度較大?；谀：刂品椒ǖ木頍熒a(chǎn)排程集成控制，結(jié)合粒子群進(jìn)化尋優(yōu)方法，進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成控制[23]，構(gòu)建卷煙生產(chǎn)排程集成的模糊控制約束參量模型，采用專家補(bǔ)償方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程控制優(yōu)化，但上述方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成控制的穩(wěn)態(tài)控制能力較差[4]。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出基于APS的卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化方法。APS是利用各種數(shù)學(xué)模型、模擬仿真技術(shù)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化的一種排產(chǎn)工具和計(jì)劃[5]。它不僅支持人機(jī)交互的模式參與生產(chǎn)排序，還能夠根據(jù)生產(chǎn)狀況制定合理的排產(chǎn)計(jì)劃，以提高生產(chǎn)排程集成控制和流程管控能力。本文方法將通過(guò)建立卷煙生產(chǎn)的排程集成優(yōu)化模型，進(jìn)行卷煙生產(chǎn)的流水線優(yōu)化控制，根據(jù)卷煙生產(chǎn)智能數(shù)據(jù)信息處理結(jié)果，進(jìn)行排程集成優(yōu)化控制，提高排程集成優(yōu)化控制能力[6]。在卷煙生產(chǎn)的排程集成優(yōu)化模型設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合模糊控制律進(jìn)行排程集成優(yōu)化約束參量分析，建立卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化約束參量模型，采用大數(shù)據(jù)信息融合調(diào)度技術(shù)，進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高卷煙生產(chǎn)排程集成控制的自適應(yīng)性，最終實(shí)現(xiàn)基于APS的卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化。經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本文方法具有較好的魯棒性。

1卷煙生產(chǎn)排程集成控制的約束參量分析和控制狀態(tài)

1.1約束參量分析

為實(shí)現(xiàn)卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化控制，需構(gòu)建卷煙生產(chǎn)排程集成控制的約束參量模型[7]。通過(guò)多參量約束方法分析卷煙生產(chǎn)排程集成控制過(guò)程中的擾動(dòng)因素，構(gòu)建卷煙生產(chǎn)排程集成的線性擾動(dòng)方程如式（1）。

mV=P（α-δφ）Fgr

（1）

式中，P表示參數(shù)給料精度;α表示不同生產(chǎn)線上的卷煙總給料量;δφ表示可用物料量;Fgr表示工作站數(shù)量。初始化卷煙生產(chǎn)排程集成控制的擾動(dòng)參數(shù)。采用模糊擾動(dòng)聚類分析方法，進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成控制的狀態(tài)特征分析，得到狀態(tài)特征方程如式（2）。

Vm=mv×（-2Km/R）+Km

（2）

式中，Km表示生產(chǎn)線節(jié)拍;R表示卷煙生產(chǎn)線效率。根據(jù)特征分析方程計(jì)算卷煙生產(chǎn)排程集成的耦合特征量，采用協(xié)同Kalman融合方法獲取卷煙生產(chǎn)排程集成控制的耦合特征量，從而得到卷煙生產(chǎn)排程函數(shù)如式（3）、式（4）。

Pv=Vm（fθ+gθu（t））

（3）

f（P）=Pvu（t）gθ+dθ（t）

（4）

其中，式（3）為生產(chǎn)控制的耦合特征量，式（4）表示卷煙生產(chǎn)排程函數(shù)。fθ、gθ分別表示相關(guān)性模糊檢測(cè)特征量;u（t）表示卷煙設(shè)備利用率;dθ（t）表示生產(chǎn)線工序負(fù)荷。通過(guò)上述計(jì)算獲取卷煙生產(chǎn)過(guò)程中所涉及參數(shù)及其排程函數(shù)，利用該函數(shù)獲取卷煙生產(chǎn)排程集成控制的約束參量模型，則約束參量模型的表達(dá)式如式（5）。

Mh=f（p）·VsN

（5）

其中：

N=aij+Fgr

Vs=12S2（t）

式中，Vs表示Lyapunov函數(shù)，通過(guò)該函數(shù)可使該生產(chǎn)線系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，以確保卷煙生產(chǎn)的約束參量模型處于漸近穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)合卷煙生產(chǎn)排程集成控制約束參量模型，進(jìn)行模糊指向性調(diào)度，構(gòu)建卷煙生產(chǎn)排程集成控制模型，提高卷煙生產(chǎn)排程控制能力。

1.2多模控制狀態(tài)

通過(guò)上述完成卷煙生產(chǎn)排程集成控制約束參量模型的構(gòu)建，設(shè)計(jì)多目標(biāo)約束的卷煙生產(chǎn)排程集成控制參數(shù)辨識(shí)模型，得到參數(shù)辨識(shí)結(jié)果如式（6）。

T=12VMRXR

（6）

采用微分方程數(shù)值分析進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成融合處理，在高維C空間中構(gòu)建卷煙生產(chǎn)排程的多約束規(guī)劃問(wèn)題，建立卷煙生產(chǎn)排程函數(shù)的相關(guān)性檢測(cè)統(tǒng)計(jì)特征量如式（7）。

fY=1yσ2πe-（lny-μ）22σ2

（7）

式中，e表示卷煙生產(chǎn)排程約束條件。根據(jù)約束參量模型，建立卷煙生產(chǎn)排程控制的協(xié)同濾波模型，得到多?？刂频臓顟B(tài)方程如式（8）

CL=MRR2+R2D12MP

（8）

分析耦合特性隨卷煙生產(chǎn)排程分布的結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到集成變化規(guī)律，根據(jù)卷煙生產(chǎn)排程控制的約束參量進(jìn)行多?？刂?，提高卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化能力。

2卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化

2.1卷煙生產(chǎn)排程集成控制的參量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)

通過(guò)模糊相關(guān)性約束方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程函數(shù)的最優(yōu)特征函數(shù)解集分析，令A(yù)j（L）作為卷煙生產(chǎn)排程過(guò)程控制的指向性中心分布函數(shù)[8]，其中j=1，2，…，k，可得卷煙生產(chǎn)排程的控制的狀態(tài)特征量如式（9）。

y（t）=ρ1af（t）b2

（9）

式中，f（t）為卷煙生產(chǎn)排程控制的特征值，ρ為卷煙生產(chǎn)排程控制的多普勒擴(kuò)展，a為頻域分布參數(shù)，b為隨微分參數(shù)。在模糊PID過(guò)程約束下[9]，得到卷煙生產(chǎn)排程控制的集成約束處理如式（10）。

x·i=fi（xi，ui）D（xi，Aj（L））=

min{D（xi，Aj（L））}

（10）

通過(guò)式（10）的集成約束處理過(guò)程，可為解決卷煙生產(chǎn)過(guò)程中連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題。式中，xi∈Rn，ui∈Rm。得到卷煙生產(chǎn)排程集成規(guī)則函數(shù)如式（11）。

f（x）=1+10（n-1）+∑ni=2（x2i-10cos（4πxi））

（11）

采用模糊關(guān)聯(lián)規(guī)則調(diào)度方法，進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成控制的參量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)[1011]，輸出如式（12）。

h（x）=g（x）1-f（x）g（x）2

（12）

根據(jù)參數(shù)調(diào)節(jié)結(jié)果，進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成控制的過(guò)程尋優(yōu)。

2.2卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化控制

建立卷煙生產(chǎn)排程集成控制的輸出尋優(yōu)函數(shù)，采用參數(shù)自適應(yīng)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成調(diào)度和參數(shù)模糊度辨識(shí)，卷煙生產(chǎn)排程函數(shù)得模糊聚類中心滿足edp=k（p-1）+1，其中k為正整數(shù)。在Lognormal分布約束下，卷煙生產(chǎn)排程集成調(diào)度擬合值滿足如式（13）。

e=kdpp-1p+1k

（13）

根據(jù)卷煙生產(chǎn)排程集成控制的微分方程進(jìn)行參數(shù)尋優(yōu)，輸出尋優(yōu)函數(shù)如式（14）。

G（x）=MPgLf（x）

（14）

采用APS流程控制方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成調(diào)度，得到卷煙生產(chǎn)排程集成控制的尋優(yōu)過(guò)程函數(shù)如式（15）。

limz→0Kv（z）=12Γ（v）z2-v

（15）

構(gòu)建多目標(biāo)約束的卷煙生產(chǎn)排程集成控制參數(shù)辨識(shí)模型，得到擴(kuò)展方程如式（16）。

limz→0Kv（z）′=121+glny-μσ2

（16）

在凸優(yōu)化子空間中，存在g2β+g2ρ=0，1≤β，ρ≤255。采用參數(shù)自適應(yīng)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程控制，得到邊界域BNDMC（d），輸出的穩(wěn)態(tài)特征量定義如式（17）。

P（d）=max（（g（d1|Ei），…，g（dm|Ei））>0，Ei∈E}

（17）

基于上述，卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化控制的輸出函數(shù)如式（18）。

τij（t+1）=P（d）（1-ρ）h（x）+ρΔτ（t）limz→0Kv（z）′（18）

綜上分析，實(shí)現(xiàn)卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化控制。為檢驗(yàn)本文方法的有效性及可行性，需進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

3仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了測(cè)試本文方法在實(shí)現(xiàn)卷煙生產(chǎn)排程集成控制中的應(yīng)用性能，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)采用APS流程控制方法進(jìn)行生產(chǎn)排程過(guò)程控制，結(jié)合Matlab進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試分析，對(duì)卷煙生產(chǎn)排程信息采樣的頻率為1200kHz，統(tǒng)計(jì)分析樣本集規(guī)模為2400，模糊PID控制的約束參量為0.24，采集過(guò)程控制約束參數(shù)，進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成，采用APS流程控制方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成調(diào)度，得到集成優(yōu)化輸出如圖1所示。

分析圖1得知，采用本文方法能有效實(shí)現(xiàn)卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化。由于本文方法在進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成輸出時(shí)通過(guò)模糊相關(guān)性約束方法對(duì)卷煙生產(chǎn)排程函數(shù)的最優(yōu)特征函數(shù)解集進(jìn)行集成約束處理，優(yōu)化卷煙生產(chǎn)過(guò)程中連續(xù)體結(jié)構(gòu)，并采用模糊關(guān)聯(lián)規(guī)則調(diào)度方法，完成卷煙生產(chǎn)排程集成控制的參量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下卷煙生產(chǎn)的高輸出目的。

測(cè)試控制的收斂性，得到對(duì)比結(jié)果如圖2所示。

分析圖2得知，采用該方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化控制的穩(wěn)態(tài)控制能力較強(qiáng)，這是由于本文方法采用了Lyapunov函數(shù)，使該生產(chǎn)線系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，以確保卷煙生產(chǎn)的約束參量模型處于漸近穩(wěn)定狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)排程集成的高收斂性。因此本文方法具有很好的卷煙生產(chǎn)排程集成控制和流程管控能力，更適用于卷煙生產(chǎn)排程中。

4總結(jié)

建立卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化約束參量模型，采用大數(shù)據(jù)信息融合調(diào)度技術(shù)，進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高卷煙生產(chǎn)排程集成控制的自適應(yīng)性，本文提出基于APS的卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化方法。構(gòu)建卷煙生產(chǎn)排程集成控制的約束參量模型，結(jié)合模糊PID控制方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成控制過(guò)程中的參量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，構(gòu)建多目標(biāo)約束的卷煙生產(chǎn)排程集成控制參數(shù)辨識(shí)模型，采用APS流程控制方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成調(diào)度，建立卷煙生產(chǎn)排程集成控制的模糊控制律，采用參數(shù)自適應(yīng)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成調(diào)度和參數(shù)模糊度辨識(shí)，實(shí)現(xiàn)卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化控制。研究得知，該方法進(jìn)行卷煙生產(chǎn)排程集成優(yōu)化控制的自適應(yīng)性較好，穩(wěn)態(tài)控制能力較強(qiáng)，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

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（收稿日期：2019.08.13）