刀片替换策略.pdf

车床刀片替换策略 摘要 本文主要讨论车床刀片替换策略问题，是一道属于最优解的问题，即在满足 所有车床都能尽量工作到寿的前提下，求出最少的完成替换工作的刀片消耗量。 通过对刀片的充分利用，满足题设条件，建立相应模型，我们使用遗传算法对所 有可能的情况进行计算，并采用单目标优化法进行优胜劣汰求得最优方案。 首先，我们设计染色体结构，和对种群进行初始化。再从遗传样本中分离出 一个个体的染色体表现型，同时运用逻辑运算对该个体的环境生存进行计算。接 着根据适应度运用轮盘赌选择完成个体的筛选，据个体的生存状态，利用单目标 优化法则计算该个体的适应度。未被淘汰的个体完成遗传、变异已经交叉互换产 生新的遗传样本。最后我们在剩余的未被淘汰的个体中选择出最优方案。 针对本题目的问题一和问题二，每月遍历所有的车床，看本月哪些车床需要 大修，哪些车床正在大修，哪些车床已经到寿。在更换刀片的情况下，我们优先 选择旧刀片进行替换，当旧刀片数目不够时，才使用新刀片进行替换。最后以月 为单位动态更新正在工作车床的各项时间，以及维修厂中车床的剩余维修时间。 直至所有的车床报废，整个过程结束。由于问题一和问题二有相似的条件，只是 更换的刀片类型不同，所以我们可以使用同一算法解决。问题一中最终得出总计 需要消耗5100 片A 型新刀片，问题二中最终得出总计需要消耗5025 片B 型新刀 片， 对于问题三而言，此问题不能简单套用前两问的思路，主要是因为设计刀片 不能混用的问题，不能仅用刀片剩余时间来描述该刀片。为解决这一问题，可以 添加识辨变量，标示出不同刀片，通过两个变量我们可以描述出库存刀片的属性， 从而通过模型求解。问题三中最终得出总计需要消耗375 片A 型新刀片,需要消 耗4650 片B 型新刀片。 关键词：遗传算法 优胜劣汰 单目标优化法 染色体 1 一、问题重述 现在社会，越来越多的工厂需要更新设备，而旧设备在不能使用的情况下将 会被淘汰。现如今某工厂由于A 型刀片停产，以库存A 型刀片和B 型更换到寿的 A 型刀片。而目前各车车床的使用时间各不相同、大修情况也不一致，问在满足 要求的情况下，怎样安排才能使用最少的刀片消耗量完成刀片替换工作。 二、问题分析 该题属于最优解的问题，即在满足所有车床都能尽量工作到寿的前提下，求 出最少的完成替换工作的刀片消耗量。 （一）问题一 假定A 型刀片仍在生产，继续使用A 型刀片进行替换，A 型刀片可使用的总 寿命是600 小时，在车床使用寿命达到900 小时前，需要大修两次，在300 小时、 600 小时各进行一次，由于不存在刀片混用的问题，可将所有在库的刀片不区分 新旧，统一用剩余时间来描述每一个个体，库存刀片不接受剩余时间小于 300 的刀片，问题可以进一步视为刀片入出库的问题，这样简化之后的问题，可以利 用单目标规划模型来解决。 （二）问题二 与问题一同一类型的求解方式，假定只用B 型刀片进行更换，B 型刀片可使 用的总寿命为 900 小时，在车床使用寿命达到 900 小时前，需要大修两次，在 300 小时、600 小时各进行一次，由于同样不存在刀片混用的情况，可以沿用第 一问的思路对第二问进行处理。 （三）问题三 问题三中，有先行条件为使用时间未达到300 小时大修的车床，在300 小时 大修时均换装B 型刀片，且A 型刀片停产仍有400 片剩余可用。初始大修次数为 0 的车床在第一次大修时，需全部装上B 型刀片，而换下A 型刀片寿命仍不少于 300 小时，该A 型刀片可作为旧A 刀片使用，当装上新B 型刀片的车床报废时， 此时测查到B 型刀片寿命若不少于300 小时，则该B 型刀片可作为旧B 型刀片使 用。此问题不能简单套用前两问的思路，主要是因为设计刀片不能混用的问题， 不能仅用刀片剩余时间来描述该刀片。为解决这一问题，可以添加识辨变量，标 2 示出不同刀片，通过两个变量我们可以描述出库存刀片的属性，从而通过模型求 解。 三、符号说明