CN117829823B - 一种满足场地约束条件的修理流水线优化方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种满足场地约束条件的修理流水线优化方法和***，属于设备维修优化领域。本发明通过计算修理流水线每种可能模块数对应的最优工艺数组和对应修理流水线完成一个批次相同型号设备的平均修理时间；确定修理流水线完成一个批次相同型号设备的平均修理时间最短对应的最优工艺数组，作为满足场地约束条件的修理流水线优化结果。本发明既满足场地约束条件，又省时快速完成修理任务的修理线，能快速、高效地辅助修理线优化设计。
Description
技术领域
本发明属于设备维修优化领域，更具体地，涉及一种满足场地约束条件的修理流水线优化方法和***。
背景技术
由于修理流水线上的修理人员/设施能处于不停歇的满负荷运行状态，因此，在面临短期内修理大量设备且希望尽快完成时，一般会采用修理流水线的模式。后文把修理流水线简称为修理线。在实际工作中，修理线的场地面积往往是有限的，属于不易突破的硬性约束。
当设备的修理工艺确定后，需要进一步开展设计，将其具体转换成修理线。为便于描述，一般约定如下：以串联形式来描述设备的修理工艺，并根据修理前后次序，按照由小到大的原则对各工艺进行编号，例如，只有完成工艺1后才能开始工艺2。修理线需体现该型设备的修理工艺，不得更改修理工艺次序。修理线由多个模块组成，模块之间为串联形式，各模块能以流水线形式同时工作，模块内部由该型设备的若干个相邻修理工艺组成。因场地面积有限，约定模块内部的修理工艺不能同时进行，只能逐个完成。模块占用的场地面积等于模块内各工艺占用场地面积中的最大值。
在已知修理工艺以及各工艺占用的场地面积后，如何为修理线各模块划分工艺，使得修理线占用的总面积既能不超出实际场地面积，又能在尽可能短的时间内完成修理任务。这是设计修理线时普遍遇到的问题。目前，主要依靠设计人员在该设备的修理工艺、修理线管理等方面的经验来解决这个修理工艺划分问题。这种基于设计人员主观经验的方式而非普适性方法的设计方式，难以保证稳定地设计出高质量的修理线。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种满足场地约束条件的修理流水线优化方法和***，旨在解决现有方法难以保证稳定地设计出高质量的修理流水线的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种满足场地约束条件的修理流水线优化方法，所述修理流水线由多个模块串联组成，各模块内由设备的若干相邻修理工艺串联组成，不同模块能以流水线的方式同时工作，相同模块内不同修理工艺按照编号次序工作，该方法包括：
获取修理流水线能使用的实际场地总面积、设备涉及的修理工艺数量、各修理工艺需占用场地面积、完成各工艺的时间均值和根方差；
基于上述数据，计算修理流水线每种可能模块数对应的最优工艺数组和对应修理流水线完成一个批次相同型号设备的平均修理时间；
确定修理流水线完成一个批次相同型号设备的平均修理时间最短对应的最优工艺数组，作为满足场地约束条件的修理流水线优化结果。
优选地，计算当前模块数对应的最优工艺数组，具体包括：
以遍历的方式生成当前模块数对应的可能工艺数组；
排除不满足场地约束条件的可能工艺数组；
对于剩下的每种可能工艺数组，计算对应修理流水线的各模块工作强度特征值的最大值和根方差，分别作为该修理流水线的第一特征值和第二特征值；
仅有一个最小第一特征值时，将具有最小第一特征值的修理流水线对应的工艺数组，作为当前模块数对应的最优工艺数组，或者，存在多个最小第一特征值时，将同时具有最小第一特征值和第二特征值的修理流水线对应的工艺数组，作为当前模块数对应的最优工艺数组。
优选地，满足场地约束条件的判据为：以模块中各修理工艺需占用场地面积的最大值作为该模块占用的场地面积，叠加各模块占用的场地面积作为整个修理流水线占用的场地面积，若不超过修理流水线能使用的实际场地总面积，则认定为满足场地约束条件。
优选地，各模块工作强度特征值为完成该模块中各工艺的时间均值的累加之和。
优选地，计算当前模块数对应的最优工艺数组下，修理流水线完成一个批次设备的平均修理时间，具体包括：
计算各模块完成其所有工艺时间的均值和根方差；
根据各模块完成其所有工艺时间的均值和根方差，迭代计算修理流水线按照批次中设备的顺序完成各设备的修理时，该设备离开各模块的修理时间均值和根方差；
将修理流水线完成整个批次设备的修理时，最后一个设备离开最后一个模块的修理时间均值，作为修理流水线完成该批次设备的平均修理时间。
优选地，各模块完成其所有工艺时间的均值为完成该模块内各工艺的时间均值的累加之和，各模块完成其所有工艺时间的根方差为完成该模块各工艺的时间根方差的平方的累加之和的1/2次方。
优选地，修理流水线按照批次中设备的顺序完成第一个设备的修理时，该设备离开各模块的修理时间均值和根方差：
其中，，/>为当前模块数，/>和/>分别为修理流水线模块/>完成其所有工艺时间的均值和根方差，/>和/>分别为当前设备离开模块/>的修理时间均值和根方差。
优选地，修理流水线按照批次中设备的顺序完成第个设备的修理时，该设备离开各模块的修理时间均值和根方差：
若，则
若，则
其中，，/>为一个批次的设备数量，/>，/>为当前模块数，/>和分别为修理流水线模块/>完成其所有工艺时间的均值和根方差，/>和/>分别为前一设备离开模块/>的修理时间均值和根方差，/>和/>分别为当前设备离开模块/>的修理时间均值和根方差。
为实现上述目的，第二方面，本发明提供了一种满足场地约束条件的修理流水线优化***，包括：至少一个存储器，用于存储程序；至少一个处理器，用于执行所述存储器存储的程序，当所述存储器存储的程序被执行时，所述处理器用于执行如第一方面所述的方法。
为实现上述目的，第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序在处理器上运行时，使得所述处理器执行如第一方面所述的方法。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明提供了一种满足场地约束条件的修理流水线优化方法和***，计算修理流水线每种可能模块数对应的最优工艺数组和对应修理流水线完成一个批次相同型号设备的平均修理时间；确定修理流水线完成一个批次相同型号设备的平均修理时间最短对应的最优工艺数组，作为满足场地约束条件的修理流水线优化结果。本发明既满足场地约束条件，又省时快速完成修理任务的修理线，能快速、高效地辅助修理线优化设计。
附图说明
图1是本发明提供的一种满足场地约束条件的修理流水线优化方法流程图。
图2是本发明实施例提供的修理工艺与修理线模块的关系示意图。
图3是本发明实施例提供的所有可行修理线的修理时间仿真结果的分布示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供了一种满足场地约束条件的修理流水线优化方法，所述修理流水线由多个模块串联组成，各模块内由设备的若干相邻修理工艺串联组成，不同模块能以流水线的方式同时工作，相同模块内不同修理工艺按照编号次序工作，该方法包括：
获取修理流水线能使用的实际场地总面积、设备涉及的修理工艺数量、各修理工艺需占用场地面积、完成各工艺的时间均值和根方差；
基于上述数据，计算修理流水线每种可能模块数对应的最优工艺数组和对应修理流水线完成一个批次相同型号设备的平均修理时间；
确定修理流水线完成一个批次相同型号设备的平均修理时间最短对应的最优工艺数组，作为满足场地约束条件的修理流水线优化结果。
优选地，计算当前模块数对应的最优工艺数组，具体包括：
以遍历的方式生成当前模块数对应的可能工艺数组；
排除不满足场地约束条件的可能工艺数组；
对于剩下的每种可能工艺数组，计算对应修理流水线的各模块工作强度特征值的最大值和根方差，分别作为该修理流水线的第一特征值和第二特征值；
仅有一个最小第一特征值时，将具有最小第一特征值的修理流水线对应的工艺数组，作为当前模块数对应的最优工艺数组，或者，存在多个最小第一特征值时，将同时具有最小第一特征值和第二特征值的修理流水线对应的工艺数组，作为当前模块数对应的最优工艺数组。
优选地，满足场地约束条件的判据为：以模块中各修理工艺需占用场地面积的最大值作为该模块占用的场地面积，叠加各模块占用的场地面积作为整个修理流水线占用的场地面积，若不超过修理流水线能使用的实际场地总面积，则认定为满足场地约束条件。
优选地，各模块工作强度特征值为完成该模块中各工艺的时间均值的累加之和。
优选地，计算当前模块数对应的最优工艺数组下，修理流水线完成一个批次设备的平均修理时间，具体包括：
计算各模块完成其所有工艺时间的均值和根方差；
根据各模块完成其所有工艺时间的均值和根方差，迭代计算修理流水线按照批次中设备的顺序完成各设备的修理时，该设备离开各模块的修理时间均值和根方差；
将修理流水线完成整个批次设备的修理时，最后一个设备离开最后一个模块的修理时间均值，作为修理流水线完成该批次设备的平均修理时间。
优选地，各模块完成其所有工艺时间的均值为完成该模块内各工艺的时间均值的累加之和，各模块完成其所有工艺时间的根方差为完成该模块各工艺的时间根方差的平方的累加之和的1/2次方。
优选地，修理流水线按照批次中设备的顺序完成第一个设备的修理时，该设备离开各模块的修理时间均值和根方差：
其中，，/>为当前模块数，/>和/>分别为修理流水线模块/>完成其所有工艺时间的均值和根方差，/>和/>分别为当前设备离开模块/>的修理时间均值和根方差。
优选地，修理流水线按照批次中设备的顺序完成第个设备的修理时，该设备离开各模块的修理时间均值和根方差：
若，则
若，则
其中，，/>为一个批次的设备数量，/>，/>为当前模块数，/>和分别为修理流水线模块/>完成其所有工艺时间的均值和根方差，/>和/>分别为前一设备离开模块/>的修理时间均值和根方差，/>和/>分别为当前设备离开模块/>的修理时间均值和根方差。
实施例1
本实施例以修理线的工艺数组（简称工艺数组）来表示修理工艺与模块之间的关系，工艺数组的元素数量是模块数量，第个元素是第/>个模块内部负责的最后一个工艺编号。例如，图2展示了工艺数组[246]代表的修理工艺与修理线模块的关系。工艺数组[246]包含3个元素，表示该修理线由3个模块组成，模块1负责完成修理工艺1和修理工艺2，模块2负责完成修理工艺3和修理工艺4，模块3负责完成修理工艺5和修理工艺6。
本实施例的已知信息包括：修理线能使用的实际场地总面积，设备的修理工艺数量/>，工艺/>占用场地面积的需求/>，完成工艺/>的时间均值/>，时间根方差/>，。
本实施例给出了一种在满足场地约束条件下，优化工艺数组的设计方法，以修理线修理一个批次设备的时间，来评判修理线的好坏。具体步骤如下：
1）获取修理线能使用的实际场地总面积，设备的修理工艺数量/>，工艺/>占用场地面积的需求/>，完成工艺/>的时间均值/>，时间根方差/>，初始化修理线的模块数量。
2）初始化第一判别数，第二判别数/>，其中，/>表示无穷大。
3）遍历生成模块数量为时的修理线工艺矩阵/>。
修理线工艺矩阵的列数=/>，行数=从/>个数中选取/>个数的组合数量，例如/>=6，/>=3，则行数=10（从5个数中选2个的组合数）。矩阵的每行数据就是一个工艺数组，矩阵/>包含了模块数量为/>时的所有工艺数组。工艺数组生成方式为“从1~中选择/>个数字后，加上数字/>，再将这些数字按照从小到大方式排列后，得到工艺数组”。
4）从中选出满足场地约束的最优数组/>。
初始化最优工艺数组为空数组，修理时间/>，矩阵/>的行序号。
4.1）初始化当前工艺数组为矩阵/>的第/>行向量，计算该修理线各模块/>占用的场地面积/>：
其中，表示工艺数组/>中模块/>内其负责的最后一个工艺的编号。
4.2）计算该修理线的两个特征值。
首先计算各模块的工作强度特征值：
式中，为模块编号。
然后，将中的最大值/>作为该修理线的第一特征值/>，将的根方差作为该修理线的第二特征值/>。
4.3）场地面积判断
若该修理线场地总面积，进入4.5），否则，进入4.4）。
4.4）通过比较第一特征值与第一判别数/>、第二特征值/>与第二判别数/>，更新最优工艺数组/>。
若该修理线特征值成立，则进入4.5）；
若该修理线特征值成立，继续判断若/>成立，则更新最优工艺数组/>，/>，再进入4.5），否则，直接进入4.5）；
若该修理线特征值成立，则更新最优工艺数组/>，/>，，再进入4.5）。
4.5）更新行序号，若/>成立（/>为矩阵/>的行向量数量），则进入4.1），否则，进入4.6）。
4.6）若最优工艺数组为空数组，则进入4.7），否则，按以下步骤，计算最优工艺数组对应的修理线完成一个批次同类型设备的平均修理时间/>。
4.6.1）计算修理线各模块完成其所有工艺时间的均值和根方差/>。
其中，表示最优工艺数组/>中模块/>负责的最后一个工序编号。
4.6.2）对于当前设备序号为1，数组保存该设备完成各模块修理时间的均值，其元素/>，数组/>保存该设备完成各模块时间的根方差，/>，；初始化下一设备序号/>。
4.6.3）计算修理线完成设备的修理，设备/>离开各模块修理时间的均值数组/>和根方差数组/>。
若，则
若，则
其中，元素是该设备完成模块/>修理时间的均值，元素/>是该设备完成模块/>修理时间的根方差。
4.6.4）更新设备序号，若/>（/>为一个批次的设备数量），则更新当前设备的均值数组/>、根方差数组/>后，进入4.6.3），否则，修理线完成一个批次设备的平均修理时间/>。
4.7）把保存到最优工艺矩阵/>的第/>行中。
5）增加模块数量，更新，若/>，则进入2），否则，进入6）。
6）在最优工艺矩阵的第2列数据中，找到最小值记为/>，其对应行的/>即为优化后的修理线模块数量，对应行的工艺数组/>为修理线优化后的工艺数组。/>为优化后的该修理线完成一个批次设备的平均修理时间，/>具有最小值的特点。
实施例2
在本实施例中，修理某设备涉及15项修理工艺，相关信息如表1所示。现有20㎡的场地，一个批次的该型设备数量为100台。应用本发明方法设计修理线，优化修理线的工艺数组，用以确定各模块所负责的修理工艺。
表1修理工艺的相关信息
解：1）初始化
输入相关数据：修理线能使用的实际场地总面积，设备的修理工艺数量/>，工艺对场地面积的需求/>，完成工艺/>的时间均值/>，时间根方差/>，初始化修理线的模块数量。
2）初始化判别数，判别数/>。
3）遍历生成模块数量为时的修理线工艺矩阵/>。
当时，/>为/>。
4）从中选出满足场地约束的最优数组/>。进入4.1~4.7）后，经计算/>中满足场地面积约束条件的最优工艺数组为[815]，其对应的平均修理时间为33825.8分钟，把/>保存到最优工艺矩阵/>的第1行中。
5）增加模块数量，更新，若/>，则进入2），否则，进入6）。在多次进入2）~5）后，得到最优工艺矩阵/>如表2所示。当模块数超过9的话，场地面积均超过约束，不予考虑。
表2最优工艺矩阵
6）在最优工艺矩阵的第2列数据中，找到最小值记为/>分钟，此时优化后的修理线模块数量/>，其工艺数组/>为/>。
上述算例中优化后的修理线包含8个模块，具体如下：
模块1完成修理工艺1~工艺3，需要场地4.3㎡；
模块2完成修理工艺4，需要场地0.3㎡；
模块3完成修理工艺5，需要场地0.6㎡；
模块4完成修理工艺6~工艺9，需要场地5.8㎡；
模块5完成修理工艺10，需要场地0.3㎡；
模块6完成修理工艺11~工艺12，需要场地2.7㎡；
模块7完成修理工艺13~工艺14，需要场地4.8㎡；
模块8完成修理工艺15，需要场地1.2㎡。
该修理线完成100台设备的平均修理时间为13952.4分钟（约232.5小时）。修理100台设备的平均总工时为63120.0分钟（约1052.0小时）。修理完成用时为总工时的22.1%，本发明方法制定的方案优化效果显著。
建立修理线的相关仿真，模拟对一个批次设备的修理效果。在上述算例中，本发明方法优化设计的修理线完成一个批次设备的时间均值仿真结果为14019.2分钟，与本发明方法的结果13952.4分钟极为接近。上述算例中理论上共有种修理线，满足场地约束条件的可行修理线有1223种，仿真运行所有可行修理线，完成100台设备的平均修理时间范围为233.5小时~970.3小时，这些修理线的平均修理时间分布如图3所示。
仿真结果表明：本发明方法得到的最优修理线与仿真法得到的最优修理线相同。由于修理线数量是随增长的指数级别，即便能用场地约束条件删掉相当数量的修理线，但当/>较大时可行的修理线数量任然较大，采用“遍历仿真（或解析计算）可行修理线的修理时间”的方式计算耗时巨大，难以获得最优方案。而本发明方法仅需计算不到/>次修理时间就能得到既满足场地约束条件、又省时快速完成修理任务的修理线，能快速、高效地辅助修理线优化设计。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种满足场地约束条件的修理流水线优化方法，其特征在于，所述修理流水线由多个模块串联组成，各模块内由设备的若干相邻修理工艺串联组成，不同模块能以流水线的方式同时工作，相同模块内不同修理工艺按照编号次序工作，该方法包括：
获取修理流水线能使用的实际场地总面积、设备涉及的修理工艺数量、各修理工艺需占用场地面积、完成各工艺的时间均值和根方差；
基于修理流水线能使用的实际场地总面积、设备涉及的修理工艺数量、各修理工艺需占用场地面积、完成各工艺的时间均值和根方差，计算修理流水线每种可能模块数对应的最优工艺数组和对应修理流水线完成一个批次相同型号设备的平均修理时间；
确定修理流水线完成一个批次相同型号设备的平均修理时间最短对应的最优工艺数组，作为满足场地约束条件的修理流水线优化结果；
计算当前模块数对应的最优工艺数组，具体包括：
以遍历的方式生成当前模块数对应的可能工艺数组；
排除不满足场地约束条件的可能工艺数组；
对于剩下的每种可能工艺数组，计算对应修理流水线的各模块工作强度特征值的最大值和根方差，分别作为该修理流水线的第一特征值和第二特征值，所述各模块工作强度特征值为完成该模块中各工艺的时间均值的累加之和；
仅有一个最小第一特征值时，将具有最小第一特征值的修理流水线对应的工艺数组，作为当前模块数对应的最优工艺数组，或者，存在多个最小第一特征值时，将同时具有最小第一特征值和第二特征值的修理流水线对应的工艺数组，作为当前模块数对应的最优工艺数组；
满足场地约束条件的判据为：以模块中各修理工艺需占用场地面积的最大值作为该模块占用的场地面积，叠加各模块占用的场地面积作为整个修理流水线占用的场地面积，若不超过修理流水线能使用的实际场地总面积，则认定为满足场地约束条件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算当前模块数对应的最优工艺数组下，修理流水线完成一个批次设备的平均修理时间，具体包括：
计算各模块完成其所有工艺时间的均值和根方差；
根据各模块完成其所有工艺时间的均值和根方差，迭代计算修理流水线按照批次中设备的顺序完成各设备的修理时，该设备离开各模块的修理时间均值和根方差；
将修理流水线完成整个批次设备的修理时，最后一个设备离开最后一个模块的修理时间均值，作为修理流水线完成该批次设备的平均修理时间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，各模块完成其所有工艺时间的均值为完成该模块内各工艺的时间均值的累加之和，各模块完成其所有工艺时间的根方差为完成该模块各工艺的时间根方差的平方的累加之和的1/2次方。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，修理流水线按照批次中设备的顺序完成第一个设备的修理时，该设备离开各模块的修理时间均值和根方差：
其中，，/>为当前模块数，/>和/>分别为修理流水线模块/>完成其所有工艺时间的均值和根方差，/>和/>分别为当前设备离开模块/>的修理时间均值和根方差。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，修理流水线按照批次中设备的顺序完成第个设备的修理时，该设备离开各模块的修理时间均值和根方差：
若，则
若，则
其中，，/>为一个批次的设备数量，/>，/>为当前模块数，/>和/>分别为修理流水线模块/>完成其所有工艺时间的均值和根方差，/>和/>分别为前一设备离开模块/>的修理时间均值和根方差，/>和/>分别为当前设备离开模块/>的修理时间均值和根方差。
6.一种满足场地约束条件的修理流水线优化***，其特征在于，包括：
至少一个存储器，用于存储程序；
至少一个处理器，用于进入所述存储器存储的程序，当所述存储器存储的程序被进入时，所述处理器用于进入如权利要求1至5任一项所述的方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序在处理器上运行时，使得所述处理器进入如权利要求1至5任一项所述的方法。
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