卷烟厂滤棒成型的区域智能排产系统设计_余嘉胜.pdf

收稿日期:2022 10 11第一作者:余嘉胜(1978)，男，汉族，湖北武汉人，本科(工商企业管理专业)，助理工程师，主要研究方向为烟草行业生产运行管理与分析等。卷烟厂滤棒成型的区域智能排产系统设计余嘉胜，庞全立，柯凯，王娅，徐培(湖北中烟工业有限责任公司武汉卷烟厂生产调度科，湖北 武汉 430000)摘要:为了提高卷烟厂滤棒成型生产效率以及降低生产成本，设计一个卷烟厂滤棒成型的区域智能排产系统。在系统硬件部分，将 TMS320F2812 芯片作为系统的控制核心，并设计了存储模块，此次研究的系统重点设计了软件部分，预先构建排产模型及干扰因素分析模型，将生产过程中的干扰事件划分为 3 大类，并提出解决措施，同时设定滤棒成型的区域智能排产流程，实现卷烟厂滤棒成型的区域智能排产系统设计。实验分为两部分，实验一结果表明，此次研究的系统在不同数量滤棒生产过程中在较短时间内就能够完成滤棒成型，有效提高了滤棒成型生产效率;实验二表明，此次研究的区域智能排产系统在较少迭代次数下就能够确定最佳目标函数，有效降低了生产成本。关键词:卷烟厂滤棒成型;智能排产;扰动;工序;编码;指令中图分类号:TS43文章编号:1000 0682(2023)02 0018 05文献标识码:ADOI:10 19950/j cnki cn61 1121/th 2023 02 004Design of regional intelligent production scheduling system forfilter rod forming in cigarette factoryYU Jiasheng，PANG Quanli，KE Kai，WANG Ya，XU Pei(Section of Production Dispatching，HUBEI CHINA TOBACCO INDUSTY CO，LTD，Hubei Wuhan 430000，China)Abstract:In order to improve the production efficiency of filter rod forming in cigarette factory andreduce production cost，a regional intelligent production scheduling system for filter rod forming in ciga-rette factory is designed In the hardware part of the system，the TMS320F2812 chip is used as the con-trol core of the system，and the memory module is designed The system of this research focuses on thesoftware part，and the production scheduling model and the interference factor analysis model are pre built to divide the interference events in the production process It is divided into three categories，andsolutions are proposed At the same time，the regional intelligent production scheduling process for filterrod forming is set to realize the design of the regional intelligent production scheduling system for filter rodforming in cigarette factories The experiment is divided into two parts The results of experiment oneshow that the system in this study can complete the filter rod forming in a relatively short period of timeduring the production process of different numbers of filter rods，which effectively improves the productionefficiency of filter rod forming The regional intelligent production scheduling system in this study can de-termine the optimal objective function with fewer iterations，which effectively reduces the production costKeywords:cigarette factory filter rod forming;intelligent production scheduling;disturbance;process;coding;instruction0引言近年来，国内卷烟市场的需求趋向于多品种、小批量的变化，使其生产组织模式从“以生产驱动”向“以市场拉动”方向转变，即根据顾客的订单和销售合同来安排生产。在这样大环境下，需要卷烟厂的81工业仪表与自动化装置2023 年第 2 期生产厂家转变以往生产方式，以达到对烟叶产品多元化的要求，从而增强其竞争优势。为提高竞争优势就需要烟草公司在制定生产计划时，及时掌握生产过程中客户的变化、部门的变化情况，根据变化情况制定合理生产计划，以适应滤棒成型的生产。智能排产系统主要依据相关算法以及原则制定工艺排产计划，从而得到不同目标的排产方案。通过该系统的计算能够为公司生产提供参考，充分合理地分配生产资源。基于智能排产系统的优点，各行各业都开展了排产系统的研究，其中，文献 1中，张伟等人研究了复材车间智能排产系统，该系统采用了以感知为基础的排产算法，计算出了生产的实时数据和排产知识，并对自动工序工时计算，计算后输出排产计划，达到智能排产的目的;文献 2中，周秋艳等人研究了多约束条件下生产排程智能优化技术，该技术主要考虑工单优先级、工期长短等因素，采用一种递归算法计算工单的等待问题，并提出快速响应机制，实现智能排产。而现有的排产系统在应用时存在一定不足，为此设计一个卷烟厂滤棒成型的区域智能排产系统，为卷烟厂滤棒成型智能排产提供基础，期望提高卷烟厂的生产效率。1统硬件设计此次研究的卷烟厂滤棒成型区域智能排产系统硬件结构如下图 1 所示。图 1系统硬件结构排产系统将 TMS320F2812 作为核心芯片，主要处理信号与相关数据，并设计了通信模块和存储模块，实现智能排产系统的通讯与存储。1 1处理器模块设计从成本、性能多方面考虑，采用型号为 C2000系列 TMS320F2812 作为系统硬件核心部分3，该芯片中包含丰富的控制界面，具有较完整的数据开发能力。TMS320F2812 芯片结构图如图 2 所示。图 2TMS320F2812 芯片结构图TMS320F2812 芯片具有大量的资源，具有如下特性:(1)具有快速中断功能与响应时间功能，高性能 32 比特4 CPU，16 16 和 32 32 媒体存取控制(MAC)操作。芯片控制过程中，通过 DSP 控制，DSP 控制流程图 3 所示。图 3TMS320F2812 芯片 DSP 控制流程图(2)高性能 32 位 CPU，包含统一内存程序模式、4 M 线性编程/数据位址访问、高效代码(C/C+/汇 编)、TMS320F24x/LF240 x处 理 器 的源码5 6。(3)通讯功能优越，包含串行外部设备接口，串行通讯接口，并具有标准的通用异步收发机。1 2存储模块设计采用的存储模块为 GE 反射记忆卡，在存储器网络中，反射存储器的每一个节点(5565 的反射性存储器)通过一根纤维线路连接7。块卡片的传输必须与第二张卡片的接收方相连，而第二张卡片的发送方则与第三张卡片的接收方相连，如此反复，直912023 年第 2 期工业仪表与自动化装置至与方块卡片的接收方进行一次完全的环状连接，才能实现数据存储。反射内存具有以下主要特点:(1)快速传输功能。利用光纤连接 256 个节点，使传送速率达到 174 M/s;(2)存储便捷功能。反射记忆卡将相同数据备份给所有独立结点，让各结点同时存取同一内容，确保数据的一致性;(3)独立操作功能。反射式存储卡具有 VME、PCI、PMC 等多种总线，实时连接 ALPHA，PowerPC，Macintosh。2软件设计2 1排产模型构建抽象处理卷烟厂滤棒成型的生产工序，假设生产车间在计划期 1，T内要生产 n 种相对独立的产品8，跟踪订单汇总结果获得合同交货量，将合同交货量表示为 dj()t=1，2，n，t=1，2，T)。在编订后对工序编码，为了使编码序列有效反应出每天生产的滤棒的顺序和数量，采用遗传算法处理，编码方案如下所示:PH(t)，p12(t)，;pIn(t)，;pm1(t)，pm2(t)，;pmn(t)。(1)式中:pmn(t)为第 t 日第 n 种产品在第 m 道工序的生产情况9。通过遗传算法对工序编码后保证群体的多样性以及初始解的可操作性，在此基础上，选择遗传算法的算子，挑选出种群中最为优秀的后代，以便他们有机会成为父系后代。在挑选中10，不断挑选优秀的个体，对比当前个体与后代个体的优秀程度，采用均匀排序的方式，按照个体适合度排序中群众个体。确定每个个体被选中的几率，不断迭代，确定基本排产工序，完成排产模型的构建。2 2扰动事件处理在生产计划应用中，干扰事件是影响生产计划实施的主要驱动因素，为此根据生产计划的需要，分析干扰事件，将生产过程中的干扰事件划分为3 大类:(1)不能按时完成任务的情况，采用排产模型估算资源分配与作业时间11，依据估算结果预测车间的生产进度，并评价完工情况，在规定时间内，及时规划不能完成的任务事件。若达不到要求，重新排产，合理调配资源，安排加工时间，确保如期完成任务;(2)设备故障、物料等问题导致停工的扰动事件，如果在排产过程中出现扰动事件12，则将当前出现扰动情况的时刻记作 T0，将初始时刻记作 T，并将预估处理的时间长度为 td，将剩余处理事件的等待时长表示为:td=td(T0 T3)(2)经过上述公式判断，将参与排产的工序作为新工时，重新采用排产模型计算，依据目前的生产情况、生产计划、待加工资源的分配情况进行预测。(3)出现插单、重新下单等情况13，如果出现这种情况，读取这类信息，处理重新排产对象，加入插单或者重新下单的零件，将公式表示为:i=DiTi0+(ti1(Ti0 Ti1)+pj=2tij(3)式中:Di代表第i道工序产品的交货时间;ti1代表当前加工产品的工序时间;tij代表当前加工工序为起始工序顺延的第 j 个工序;Ti0、Ti1分别代表当前工序的剩余加工时长。经过上述过程，及时解决临时出现的扰动情况，为智能排产提供基础。2 3自动排产流程作业流程设计上述过程建立排产模型以及扰动解决模型14，最后提出滤棒成型的区域智能排产流程，如图 4所示。图 4滤棒成型的区域智能排产流程具体流程如下:Step1:接收顾客发出的生产计划指令;Step2:充分考虑某些限制条件，例如交货时间15、扰动因素等，设定各生产单位设定最优的、可执行的生产计划;Step3:生产计划和备料计划由计算机系统发送至生产车间(包装机、制丝车间、滤棒生产车间)、物02工业仪表与自动化装置2023 年第 2 期流车间，生产车间按照生产计划