2018CUMCM（数学建模国赛）_B——智能RGV的动态调度策略
2024-04-28 18:48:41
图1是一个智能加工系统的示意图，由8台计算机数控机床（Computer Number Controller，CNC）、1辆轨道式自动引导车（Rail Guide Vehicle，RGV）、1条RGV直线轨道、1条上料传送带、1条下料传送带等附属设备组成。RGV是一种无人驾驶、能在固定轨道上自由运行的智能车。它根据指令能自动控制移动方向和距离，并自带一个机械手臂、两只机械手爪和物料清洗槽，能够完成上下料及清洗物料等作业任务（参见附件1）。
图1：智能加工系统示意图
针对下面的三种具体情况：
（1）一道工序的物料加工作业情况，每台CNC安装同样的刀具，物料可以在任一台CNC上加工完成；
（2）两道工序的物料加工作业情况，每个物料的第一和第二道工序分别由两台不同的CNC依次加工完成；
（3）CNC在加工过程中可能发生故障（据统计：故障的发生概率约为1%）的情况，每次故障排除（人工处理，未完成的物料报废）时间介于10~20分钟之间，故障排除后即刻加入作业序列。要求分别考虑一道工序和两道工序的物料加工作业情况。
请你们团队完成下列两项任务：
任务1：对一般问题进行研究，给出RGV动态调度模型和相应的求解算法；
任务2：利用表1中系统作业参数的3组数据分别检验模型的实用性和算法的有效性，给出RGV的调度策略和系统的作业效率，并将具体的结果分别填入附件2的EXCEL表中。
表1：智能加工系统作业参数的3组数据表 时间单位：秒
|
系统作业参数 |
第1组 |
第2组 |
第3组 |
|
RGV移动1个单位所需时间 |
20 |
23 |
18 |
|
RGV移动2个单位所需时间 |
33 |
41 |
32 |
|
RGV移动3个单位所需时间 |
46 |
59 |
46 |
|
CNC加工完成一个一道工序的物料所需时间 |
560 |
580 |
545 |
|
CNC加工完成一个两道工序物料的第一道工序所需时间 |
400 |
280 |
455 |
|
CNC加工完成一个两道工序物料的第二道工序所需时间 |
378 |
500 |
182 |
|
RGV为CNC1#，3#，5#，7#一次上下料所需时间 |
28 |
30 |
27 |
|
RGV为CNC2#，4#，6#，8#一次上下料所需时间 |
31 |
35 |
32 |
|
RGV完成一个物料的清洗作业所需时间 |
25 |
30 |
25 |
注：每班次连续作业8小时。
1．系统的场景及实物图说明
在附图1中，中间设备是自带清洗槽和机械手的轨道式自动引导车RGV，清洗槽每次只能清洗1个物料，机械手臂前端有2个手爪，通过旋转可以先后各抓取1个物料，完成上下料作业。两边排列的是CNC，每台CNC前方各安装有一段物料传送带。右侧为上料传送带，负责为CNC输送生料（未加工的物料）；左边为下料传送带，负责将成料（加工并清洗完成的物料）送出系统。其他为保证系统正常运行的辅助设备。
附图1：RGV—CNC车间布局图
附图2：带机械手臂和清洗槽的RGV实物图
附图2是RGV的实物图，包括车体、机械臂、机械手爪和物料清洗槽等。
附图3：RGV机械手臂前端的2个手爪实物图
在附图3左图中，机械臂前端上方手爪抓有1个生料A，CNC加工台上有1个熟料B。RGV机械臂移动到CNC加工台上方，机械臂下方空置的手爪准备抓取熟料B，在抓取了熟料B后即完成下料作业。
在附图3右图中，RGV机械臂下方手爪已抓取了CNC加工台上的熟料B抬高手臂，并旋转手爪，将生料A对准加工位置，安放到CNC加工台上，即完成上料作业。
2．系统的构成及说明
智能加工系统由8台CNC、1台带机械手和清洗槽的RGV、1条RGV直线轨道、1条上料传送带和1条下料传送带等附属设备构成。
（1）CNC：在上料传送带和下料传送带的两侧各安装4台CNC，等距排列，每台CNC同一时间只能安装1种刀具加工1个物料。
如果物料的加工过程需要两道工序，则需要有不同的CNC安装不同的刀具分别加工完成，在加工过程中不能更换刀具。第一和第二道工序需要在不同的CNC上依次加工完成，完成时间也不同，每台CNC只能完成其中的一道工序。
（2）RGV：RGV带有智能控制功能，能够接收和发送指令信号。根据指令能在直线轨道上移动和停止等待，可连续移动1个单位（两台相邻CNC间的距离）、2个单位（三台相邻CNC间的距离）和3个单位（四台相邻CNC间的距离）。RGV同一时间只能执行移动、停止等待、上下料和清洗作业中的一项。
（3）上料传送带：上料传送带由4段组成，在奇数编号CNC1#、3#、5#、7#前各有1段。由系统传感器控制，只能向一个方向传动，既能连动，也能独立运动。
（4）下料传送带：下料传送带由4段组成，在偶数编号CNC2#、4#、6#、8#前各有1段。由传感器控制，只能向同一个方向传动，既能连动，也能独立运动。
3. 系统的作业流程
（1）智能加工系统通电启动后，RGV在CNC1#和CNC2#正中间的初始位置，所有CNC都处于空闲状态。
（2）在工作正常情况下，如果某CNC处于空闲状态，则向RGV发出上料需求信号；否则，CNC处于加工作业状态，在加工作业完成即刻向RGV发出需求信号。
（3）RGV在收到某CNC的需求信号后，它会自行确定该CNC的上下料作业次序，并依次按顺序为其上下料作业。根据需求指令，RGV运行至需要作业的某CNC处，同时上料传送带将生料送到该CNC正前方，供RGV上料作业。
RGV为偶数编号CNC一次上下料所需时间要大于为奇数编号CNC一次上下料所需时间。
（4）在RGV为某CNC完成一次上下料作业后，就会转动机械臂，将一只机械手上的熟料移动到清洗槽上方，进行清洗作业（只清洗加工完成的熟料）。
具体过程：首先用另一只机械手抓取出清洗槽中的成料、转动手爪、放入熟料到清洗槽中，然后转动机械臂，将成料放到下料传送带上送出系统。这个作业过程所需要的时间称为RGV清洗作业时间，并且在这个过程中RGV不能移动。
熟料在清洗槽中的实际清洗时间是很短的，远小于机械手将成料放到下料传送带上的时间。
（5）RGV在完成一项作业任务后，立即判别执行下一个作业指令。此时，如果没有接到其他的作业指令，则RGV就在原地等待直到下一个作业指令。
某CNC完成一个物料的加工作业任务后，即刻向RGV发出需求信号。如果RGV没能即刻到达为其上下料，该CNC就会出现等待。
（6）系统周而复始地重复（3）至（5），直到系统停止作业，RGV回到初始位置。
解题思路：采用A*算法，计算各个CNC完成工件的期望时间矩阵，进而进行实时最优决策。
Case_1_1
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Fri Sep 14 21:57:21 2018@author: LIUZhendong
"""
import csv
from itertools import chain
'''按照A*算法进行RGV分配加工所需时间模拟(第一组）======================================'''
def find_martrix_min_value(data_matrix,State_CNC):'''''功能：找到矩阵State_CNC为0下的data_matrix最小值'''min_data = 1000000000add=(0,0)for i in range(len(data_matrix)):for j in range (len(data_matrix[i])):if data_matrix[i][j] < min_data and State_CNC[i][j] == 0:min_data = data_matrix[i][j]add = (i,j)return add
T_total = 8 * 60 * 60
T_CNC_matrix = []
State_CNC = [] # 0表示完成工作进入等待 1 表示正在工作
State_RGV = 0 # 表示RGV的位置 其中0，1，2，3分别代表位于1#、2#，3#、4#，5#、6#，7#、8#之间
T_RGV = 0
T_G = []
T_H = []
T_down = []
Answer_CSV = []
for i in range (2):State_CNC.append([])T_CNC_matrix.append([])T_G.append([])T_down.append([])for j in range(4):State_CNC[i].append(0)T_CNC_matrix[i].append(0)T_G[i].append(0)T_down[i].append(0)
for times in range (1000):T_CNC_odd = 0T_CNC_even = 0T_cost = 0T_change = [31,28]T_clean = 25T_move = [0,20,33,46]T_process = 560T_process_1 = 400T_process_2 = 378for j in range (2):for k in range (4):if j == 0:T_G[j][k] = T_change[0]elif j == 1:T_G[j][k] = T_change[1]
# print(T_G)for i in range (2):if State_RGV == 0:T_G[i][1] = T_G[i][1] + T_move[1]T_G[i][2] = T_G[i][2] + T_move[2]T_G[i][3] = T_G[i][3] + T_move[3]elif State_RGV == 1:T_G[i][0] = T_G[i][0] + T_move[1]T_G[i][2] = T_G[i][2] + T_move[1]T_G[i][3] = T_G[i][3] + T_move[2]elif State_RGV == 2:T_G[i][0] = T_G[i][0] + T_move[2]T_G[i][1] = T_G[i][1] + T_move[1]T_G[i][3] = T_G[i][3] + T_move[1]elif State_RGV == 3:T_G[i][0] = T_G[i][0] + T_move[3]T_G[i][1] = T_G[i][1] + T_move[2]T_G[i][2] = T_G[i][2] + T_move[1]
# print(T_G)for j in range (2):T_H.append([])for k in range (4):T_H[j].append(T_process)
# print(T_H)
# print(type(T_G))
# print(type(T_H))for i in range (2):for j in range (4):T_CNC_matrix[i][j] = T_G[i][j] + T_H[i][j] + T_cleanprint(T_CNC_matrix)add = find_martrix_min_value(T_CNC_matrix,State_CNC)(a,b) = addT_RGV = T_RGV + T_move[abs(State_RGV-b)]
# print('{}:{}'.format(times,T_RGV))if a == 0:Num = 2 * (b + 1)elif a == 1:Num = 2 * (b + 1) - 1if a == 0:T_RGV = T_RGV + T_change[0]elif a == 1:T_RGV = T_RGV + T_change[1]State_CNC[a][b] = 1T_down[a][b] = T_process + T_RGVif T_down[a][b] + T_change[a] + T_clean > T_total:breakAnswer_CSV.append([]) Answer_CSV[times].append(times+1)Answer_CSV[times].append('CNC{}#'.format(Num))T_up = T_RGVAnswer_CSV[times].append(T_up)Answer_CSV[times].append(T_down[a][b])if times > 7:T_RGV = T_RGV + T_cleanState_RGV = bif len(set(list(chain.from_iterable(State_CNC)))) == 1:for i in range (2):for j in range (4):State_CNC[i][j] = 0(c,d)=find_martrix_min_value(T_down,State_CNC)T_RGV = T_RGV + T_move[abs(State_RGV-d)]State_RGV = dT_RGV = T_down[c][d]if T_down[a][b] + T_change[a] + T_clean > T_total:break
# print(State_CNC)
# print(T_RGV)
# print(State_RGV)
#print(Answer_CSV)
#writer = csv.writer(open("Case_1_1.csv",'w',newline=''))
#for item in Answer_CSV:
# writer.writerow(item)Case_1_2
Case_1_3
同上，修改至不同组数据
Case_2
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Sat Sep 15 14:25:40 2018@author: LIU Zhendong
"""import csv
from itertools import chain
import random
'''穷举法--两道工序======================================'''
'''
算法规则：
RGV总共有三种工作要做
1、给1类刀具CNC上原件
2、把1类刀具CNC上原件给二类刀具
3、将2类刀具CNC上熟件卸下清洗存放
假设从1类刀具CNC上卸下的原件无处存放，需要RGV停止等待2类刀具
CNC结束工作再给其装上，期间RGV不能做其他事情
如果RGV遇到1类刀具CNC和2类刀具CNC同时请求时，优先选择2类刀具
CNC装件
'''Group = 1
Loop = 254
Times = 1024
def find_martrix_min_value(data_matrix,State_CNC,p,q):'''''功能：找到矩阵State_CNC[0]为0下的data_matrix最小值'''min_data = 1000000000add=(0,0)for i in range(len(data_matrix)):for j in range (len(data_matrix[i])):if data_matrix[i][j] < min_data and State_CNC[p][i][j] == q:min_data = data_matrix[i][j]add = (i,j)return adddef find_free_min_add(data_matrix,State_CNC,p,q,r,s):'''''功能：找到矩阵State_CNC一定条件下最小值'''min_data = 1000000000add=(2,2)for i in range(len(data_matrix)):for j in range (len(data_matrix[i])):if data_matrix[i][j] < min_data and State_CNC[p][i][j] == q and State_CNC[r][i][j] == s:min_data = data_matrix[i][j]add = (i,j)return add
def Breakdown_random():'''''功能：随机产生故障并返回故障机器编号和故障时间'''a = random.randint(1,800)b = random.randint(600,1200)if a > 8:return (2,0,0)elif a % 2 == 0:return (0 , int(a/2-1) , b)elif a % 2 == 1:return (1 , int((a-1)/2) , b)'''初始化变量==============================================='''
T_total = 8 * 60 * 60
MAX_OUTPUT = 0
T_CNC_matrix = []
# 表示CNC剩余工作时间列表
State_CNC = [[],[]]
'''
State_CNC[0] 为一张2 * 4 列表，表示CNC状态其中0表示完成工作进入等待 1 表示正在工作
State_CNC[1] 为一张2 * 4 列表， 表示CNC携带的刀具其中0表示携带第一类刀具 1 表示携带第二类刀具
'''
State_RGV = 0'''
State_RGV表示RGV的位置其中State_RGV = 0，1，2，3分别代表位于1#、2#，3#、4#，5#、6#，7#、8#之间'''
State_CNC_Break = [] # 存放故障结束时间 0 表示无故障
T_RGV = 0
T_G = []
T_H = []
counts_CSV = []
Count_break = 0
T_down = []
Answer_CSV = []
Answer_CSV_Break =[]
NUM_CNC = [] # 存放CNC上物品编号
counts_CNC = [] # 记录CNC处理产品数量
T_change = [[31,28],[35,30],[32,27]]
T_clean = [25,30,25]
T_move = [[0,20,33,46],[0,23,41,59],[0,18,32,46]]
T_process = [560,580,545]
T_process_1 = [400,280,455]
T_process_2 = [378,500,182]
for i in range (2):State_CNC[0].append([])State_CNC[1].append([])T_CNC_matrix.append([])T_G.append([])T_down.append([])State_CNC_Break.append([])NUM_CNC.append([])counts_CNC.append([])for j in range(4):State_CNC[0][i].append(0)State_CNC[1][i].append(0)T_CNC_matrix[i].append(0)T_G[i].append(0)T_down[i].append(0)State_CNC_Break[i].append(0)NUM_CNC[i].append(0)counts_CNC[i].append(0)
#print(State_CNC)'''穷举刀具各种情况主循环'''for loop in range (Loop):for i in range (2):for j in range (4):T_CNC_matrix[i][j] = 0NUM_CNC[i][j] = 0counts_CNC[i][j] = 0State_CNC[0][i][j] = 0State_CNC[1][i][j] = 0T_CNC_matrix[i][j] = 0counts_CNC[i][j] = 0NUM_1 = 0NUM_2 = 0NUM = '{:08b}'.format(loop + 1)list_NUM = list(str(NUM))State_CNC[1][1][0] = int(list_NUM[7])State_CNC[1][0][0] = int(list_NUM[6])State_CNC[1][1][1] = int(list_NUM[5])State_CNC[1][0][1] = int(list_NUM[4])State_CNC[1][1][2] = int(list_NUM[3])State_CNC[1][0][2] = int(list_NUM[2])State_CNC[1][1][3] = int(list_NUM[1])State_CNC[1][0][3] = int(list_NUM[0])
# State_CNC[1][1][0] = 0
# State_CNC[1][0][0] = 0
# State_CNC[1][1][1] = 0
# State_CNC[1][0][1] = 1
# State_CNC[1][1][2] = 1
# State_CNC[1][0][2] = 1
# State_CNC[1][1][3] = 1
# State_CNC[1][0][3] = 1
# print(State_CNC[1])for i in range (2):for j in range (4):if State_CNC[1][i][j] == 0:NUM_1 = NUM_1 + 1 #1类刀具CNC数目elif State_CNC[1][i][j] == 1:NUM_2 = NUM_2 + 1 #2类刀具CNC数目
# print(NUM_1)# 定义时间矩阵表示从目前位置到完成整件预估时间
# T_move + T_change + T_process_1 + T_change + T_move + T_change + T_process_2 + T_clean
# 预估时间矩阵T_CNC_matrix求解===============================================
# 2类刀具CNC预估时间矩阵for i in range (2):for j in range (4):if State_CNC[1][i][j] == 1: # 携带2类刀具CNC
# T_changeif i == 0:T_CNC_matrix[i][j] = 2 * T_change[Group][0]elif i == 1:T_CNC_matrix[i][j] = 2 * T_change[Group][1]# T_process_2T_CNC_matrix[i][j] = T_CNC_matrix[i][j] + T_process_2[Group]# T_cleanT_CNC_matrix[i][j] = T_CNC_matrix[i][j] + T_clean[Group]
# print(T_CNC_matrix)Answer_CSV.append([])T_RGV = 0counts = 0counts_1 = 0 # 计数：1类刀具CNC正在加工零件数目counts_2 = 0 # 计数：2类刀具CNC正在加工零件数目State_RGV = 0
#循环求解for times in range (Times):
# print(counts+1,'===================================================')
# for i in range (2):
# for j in range (4):
# State_CNC[0][i][j] = 0
# 1类刀具CNC预估时间矩阵
# State_CNC[1][1][0] = 0
# State_CNC[1][0][0] = 1
# State_CNC[1][1][1] = 1
# State_CNC[1][0][1] = 0
# State_CNC[1][1][2] = 1
# State_CNC[1][0][2] = 0
# State_CNC[1][1][3] = 0
# State_CNC[1][0][3] = 0
# NUM_1 = 5for i in range (2):for j in range (4):if State_CNC[1][i][j] == 0: # 携带1类刀具CNC
# T_changeif i == 0:T_CNC_matrix[i][j] = T_change[Group][0]elif i == 1:T_CNC_matrix[i][j] = T_change[Group][1]
# T_process_1T_CNC_matrix[i][j] = T_CNC_matrix[i][j] + T_process_1[Group]
# print(T_CNC_matrix)for i in range (2):for j in range (4):if State_CNC[1][i][j]== 0:for k in range (2):for l in range (4):if State_CNC[1][k][l] == 1:T_G[k][l] = T_CNC_matrix[i][j] + T_move[Group][abs(l-j)] + T_CNC_matrix[k][l](a,b) = find_martrix_min_value(T_G,State_CNC,1,1)T_CNC_matrix[i][j] = T_G[a][b] + T_move[Group][abs(State_RGV-j)](c,d) = find_martrix_min_value(T_CNC_matrix,State_CNC,1,0)for i in range (2):for j in range(4):T_G[i][j] = 0
# print(T_CNC_matrix)
# 预估时间矩阵T_CNC_matrix求解===============================================# =============================================================================
# NUM_1 1CNC数
# counts 零件标号
# counts_1 正在加工
# counts_1_free 加工完成空闲数
# counts_2 正在加工
# counts_2_free 加工完成空闲数# =============================================================================
#for i in range (2):for j in range (4):if T_RGV >= T_down[i][j]:State_CNC[0][i][j] = 0
# print(State_CNC[0])(c,d) = find_free_min_add(T_CNC_matrix,State_CNC,0,0,1,0)
# 移动至目标CNC
# print(c,d)for i in range (2):for j in range (4):if T_RGV >= T_down[i][j]:State_CNC[0][i][j] = 0if(c,d) == (2,2):(c,d) = find_martrix_min_value(T_down,State_CNC,1,0)T_RGV = max(T_RGV + T_move[Group][abs(State_RGV-d)],T_down[c][d])else:T_RGV = T_RGV + T_move[Group][abs(State_RGV-d)]State_RGV = d
# 上件if c == 0:T_RGV = T_RGV + T_change[Group][0]elif c == 1:T_RGV = T_RGV + T_change[Group][1]T_down[c][d] = T_RGV + T_process_1[Group]# print('T_down',T_down)if c == 0:Num = 2 * (d + 1)elif c == 1:Num = 2 * (d + 1) - 1State_CNC[0][c][d] = 1counts = counts + 1
# print(NUM_CNC)Answer_CSV[loop].append([])if counts_CNC[c][d] != 0:if find_free_min_add(T_CNC_matrix,State_CNC,0,0,1,1) == (2,2):(m,n) = find_martrix_min_value(T_down,State_CNC,1,1)T_RGV = max(T_RGV + T_move[Group][abs(State_RGV-n)],T_down[m][n])else:(m,n) = find_free_min_add(T_CNC_matrix,State_CNC,0,0,1,1)T_RGV = T_RGV + T_move[Group][abs(State_RGV-n)]
# 上件
# print(m,n)if m == 0:T_RGV = T_RGV + T_change[Group][0]elif m == 1:T_RGV = T_RGV + T_change[Group][1]State_CNC[0][m][n] = 1State_RGV = n
# print(counts_CNC)if counts_CNC[m][n] != 0:T_RGV = T_RGV + T_clean[Group]counts_CNC[m][n] = counts_CNC[m][n] + 1T_down[m][n] = T_process_2[Group] + T_RGV# print(NUM_CNC)NUM_CNC[m][n] = NUM_CNC[c][d]
# print(NUM_CNC[m][n])if m == 0:Num = 2 * (n + 1)elif m == 1:Num = 2 * (n + 1) - 1
# print(Answer_CSV[loop])
# print(NUM_CNC[m][n] - 1)Answer_CSV[loop][NUM_CNC[m][n] - 1].append('CNC{}#'.format(Num))T_up = T_RGVAnswer_CSV[loop][NUM_CNC[m][n] - 1].append(T_up)Answer_CSV[loop][NUM_CNC[m][n] - 1].append(T_down[m][n])NUM_CNC[c][d] = counts
# print(counts)counts_CNC[c][d] = counts_CNC[c][d] + 1T_down[c][d] = T_process_1[Group] + T_RGV
# 超过8小时即结束循环if T_down[c][d] + T_change[Group][c] + T_clean[Group] > T_total:break
# 将结果输出至CSV表格if c == 0:Num = 2 * (d + 1)elif c == 1:Num = 2 * (d + 1) - 1
# print(NUM_CNC[c][d])Answer_CSV[loop][NUM_CNC[c][d] - 1].append(NUM_CNC[c][d])Answer_CSV[loop][NUM_CNC[c][d] - 1].append('CNC{}#'.format(Num))T_up = T_RGVAnswer_CSV[loop][times].append(T_up)Answer_CSV[loop][times].append(T_down[c][d])for i in range (2):for j in range (4):if T_RGV >= T_down[i][j]:State_CNC[0][i][j] = 0counts_CSV.append(counts)
# print(Answer_CSV)
MAX_loop = 0
for loop in range (Loop):if MAX_OUTPUT < counts_CSV[loop]:MAX_OUTPUT = counts_CSV[loop]MAX_loop = loop
print(Answer_CSV[MAX_loop])
print(counts_CSV[MAX_loop])
writer = csv.writer(open("Case_2_2_2_2_test.csv",'w',newline=''))
for item in Answer_CSV[MAX_loop]:writer.writerow(item)
# Case_3_1
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Sat Sep 15 14:00:24 2018@author: LIU Zhendong
"""
import csv
from itertools import chain
import random
'''按照A*算法进行RGV分配加工所需时间模拟(模拟1%故障率）======================================'''Group = 2def find_martrix_min_value(data_matrix,State_CNC):'''''功能：找到矩阵State_CNC为0下的data_matrix最小值'''min_data = 1000000000add=(0,0)for i in range(len(data_matrix)):for j in range (len(data_matrix[i])):if data_matrix[i][j] < min_data and State_CNC[i][j] == 0:min_data = data_matrix[i][j]add = (i,j)return adddef Breakdown_random():'''''功能：随机产生故障并返回故障机器编号和故障时间'''a = random.randint(1,800)b = random.randint(600,1200)if a > 8:return (2,0,0)elif a % 2 == 0:return (0 , int(a/2-1) , b)elif a % 2 == 1:return (1 , int((a-1)/2) , b)'''初始化变量==============================================='''
T_total = 8 * 60 * 60
T_CNC_matrix = []
State_CNC = [] # 0表示完成工作进入等待 1 表示正在工作
State_RGV = 0 # 表示RGV的位置 其中0，1，2，3分别代表位于1#、2#，3#、4#，5#、6#，7#、8#之间
State_CNC_Break = [] # 存放故障结束时间 0 表示无故障
T_RGV = 0
Count_break = 0
T_G = []
T_H = []
T_down = []
Answer_CSV = []
Answer_CSV_Break =[]
NUM_CNC = [] # 存放CNC上物品编号
for i in range (2):State_CNC.append([])T_CNC_matrix.append([])T_G.append([])T_down.append([])State_CNC_Break.append([])NUM_CNC.append([])for j in range(4):State_CNC[i].append(0)T_CNC_matrix[i].append(0)T_G[i].append(0)T_down[i].append(0)State_CNC_Break[i].append(0)NUM_CNC[i].append(0)'''模拟主循环====================================================='''
for times in range (1000):
# 初始化T_change = [[31,28],[35,30],[32,27]]T_clean = [25,30,25]T_move = [[0,20,33,46],[0,23,41,59],[0,18,32,46]]T_process = [560,580,545]T_process_1 = [400,280,455]T_process_2 = [378,500,182]for j in range (2):for k in range (4):if j == 0:T_G[j][k] = T_change[Group][0]elif j == 1:T_G[j][k] = T_change[Group][1]
# print(T_G)for i in range (2):if State_RGV == 0:T_G[i][1] = T_G[i][1] + T_move[Group][1]T_G[i][2] = T_G[i][2] + T_move[Group][2]T_G[i][3] = T_G[i][3] + T_move[Group][3]elif State_RGV == 1:T_G[i][0] = T_G[i][0] + T_move[Group][1]T_G[i][2] = T_G[i][2] + T_move[Group][1]T_G[i][3] = T_G[i][3] + T_move[Group][2]elif State_RGV == 2:T_G[i][0] = T_G[i][0] + T_move[Group][2]T_G[i][1] = T_G[i][1] + T_move[Group][1]T_G[i][3] = T_G[i][3] + T_move[Group][1]elif State_RGV == 3:T_G[i][0] = T_G[i][0] + T_move[Group][3]T_G[i][1] = T_G[i][1] + T_move[Group][2]T_G[i][2] = T_G[i][2] + T_move[Group][1]
# print(T_G)for j in range (2):T_H.append([])for k in range (4):T_H[j].append(T_process[Group])for i in range (2):for j in range (4):T_CNC_matrix[i][j] = T_G[i][j] + T_H[i][j] + T_clean[Group]
# print(T_CNC_matrix)add = find_martrix_min_value(T_CNC_matrix,State_CNC)(a,b) = add
# print(add)T_RGV = T_RGV + T_move[Group][abs(State_RGV-b)]if a == 0:Num = 2 * (b + 1)elif a == 1:Num = 2 * (b + 1) - 1if a == 0:T_RGV = T_RGV + T_change[Group][0]elif a == 1:T_RGV = T_RGV + T_change[Group][1]State_CNC[a][b] = 1NUM_CNC[a][b] = times + 1T_down[a][b] = T_process[Group] + T_RGV# 超过8小时即结束循环if T_down[a][b] + T_change[Group][a] + T_clean[Group] > T_total:break
# 将结果输出至CSV表格Answer_CSV.append([]) Answer_CSV[times].append(times+1)Answer_CSV[times].append('CNC{}#'.format(Num))T_up = T_RGVAnswer_CSV[times].append(T_up)Answer_CSV[times].append(T_down[a][b])
# print(T_RGV)'''随机产生故障'''(e,f,g)= Breakdown_random()if times > 7 and e != 2:
# 存在故障State_CNC[e][f] = 1T_down[e][f] = g + T_RGVState_CNC_Break[e][f] = T_down[e][f]Answer_CSV_Break.append([])Answer_CSV_Break[Count_break].append(NUM_CNC[e][f])if e == 0:Num_Break = 2 * (f + 1)elif e == 1:Num_Break = 2 * (f + 1) - 1Answer_CSV_Break[Count_break].append('CNC{}#'.format(Num_Break))T_up = T_RGVAnswer_CSV_Break[Count_break].append(T_up)Answer_CSV_Break[Count_break].append(T_down[e][f])Count_break = Count_break + 1for i in range (2):for j in range (4):if T_RGV > State_CNC_Break[i][j] and State_CNC_Break[i][j] != 0:State_CNC_Break[i][j] = 0State_CNC[i][j] = 0# 清洗if times > 7:T_RGV = T_RGV + T_clean[Group]State_RGV = b# 全部CNC在工作或故障，没有CNC等待，RGV自动跳转至下一个最快结束的机器位if len(set(list(chain.from_iterable(State_CNC)))) == 1:for i in range (2):for j in range (4):if State_CNC_Break[i][j] == 0:State_CNC[i][j] = 0(c,d)=find_martrix_min_value(T_down,State_CNC)T_RGV = T_RGV + T_move[Group][abs(State_RGV-d)]State_RGV = dT_RGV = T_down[c][d]if T_down[a][b] + T_change[Group][a] + T_clean[Group] > T_total:break
# print(State_CNC)
# print(T_RGV)
# print(State_RGV)
print(Answer_CSV)
print(Answer_CSV_Break)
print(Count_break)
writer = csv.writer(open("Case_3_1_3.csv",'w',newline=''))
for item in Answer_CSV:writer.writerow(item)writer_1 = csv.writer(open("Case_3_1_Break_3.csv",'w',newline=''))
for item_1 in Answer_CSV_Break:writer_1.writerow(item_1)Case_3_2
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Sun Sep 16 17:06:37 2018@author: LIU Zhendong
"""
'''两道工序按照A*算法进行RGV分配加工所需时间模拟(模拟1%故障率）======================================'''
import csv
from itertools import chain
import random
'''穷举法--两道工序======================================'''
'''
算法规则：
RGV总共有三种工作要做
1、给1类刀具CNC上原件
2、把1类刀具CNC上原件给二类刀具
3、将2类刀具CNC上熟件卸下清洗存放
假设从1类刀具CNC上卸下的原件无处存放，需要RGV停止等待2类刀具
CNC结束工作再给其装上，期间RGV不能做其他事情
如果RGV遇到1类刀具CNC和2类刀具CNC同时请求时，优先选择2类刀具
CNC装件
'''Group = 2
Loop = 254
Times = 1024
def find_martrix_min_value(data_matrix,State_CNC,State_CNC_Break,p,q):'''''功能：找到矩阵State_CNC[0]为0下的data_matrix最小值'''min_data = 1000000000add=(2,2)for i in range(len(data_matrix)):for j in range (len(data_matrix[i])):if data_matrix[i][j] < min_data and State_CNC[p][i][j] == q and State_CNC_Break[i][j] == 0:min_data = data_matrix[i][j]add = (i,j)return adddef find_free_min_add(data_matrix,State_CNC,State_CNC_Break,p,q,r,s):'''''功能：找到矩阵State_CNC一定条件下最小值'''min_data = 1000000000add=(2,2)for i in range(len(data_matrix)):for j in range (len(data_matrix[i])):if data_matrix[i][j] < min_data and State_CNC[p][i][j] == q and State_CNC[r][i][j] == s and State_CNC_Break[i][j] == 0:min_data = data_matrix[i][j]add = (i,j)return add
def Breakdown_random():'''''功能：随机产生故障并返回故障机器编号和故障时间'''a = random.randint(1,800)b = random.randint(600,1200)if a > 8:return (2,0,0)elif a % 2 == 0:return (0 , int(a/2-1) , b)elif a % 2 == 1:return (1 , int((a-1)/2) , b)'''初始化变量==============================================='''
T_total = 8 * 60 * 60
MAX_OUTPUT = 0
T_CNC_matrix = []
# 表示CNC剩余工作时间列表
State_CNC = [[],[]]
'''
State_CNC[0] 为一张2 * 4 列表，表示CNC状态其中0表示完成工作进入等待 1 表示正在工作
State_CNC[1] 为一张2 * 4 列表， 表示CNC携带的刀具其中0表示携带第一类刀具 1 表示携带第二类刀具
'''
State_RGV = 0'''
State_RGV表示RGV的位置其中State_RGV = 0，1，2，3分别代表位于1#、2#，3#、4#，5#、6#，7#、8#之间'''
State_CNC_Break = [] # 存放故障结束时间 0 表示无故障
T_RGV = 0
T_G = []
T_H = []
counts_CSV = []
Count_break = 0
T_down = []
Answer_CSV = []
Answer_CSV_Break =[]
NUM_CNC = [] # 存放CNC上物品编号
counts_CNC = [] # 记录CNC处理产品数量
T_change = [[31,28],[35,30],[32,27]]
T_clean = [25,30,25]
T_move = [[0,20,33,46],[0,23,41,59],[0,18,32,46]]
T_process = [560,580,545]
T_process_1 = [400,280,455]
T_process_2 = [378,500,182]
for i in range (2):State_CNC[0].append([])State_CNC[1].append([])T_CNC_matrix.append([])T_G.append([])T_down.append([])State_CNC_Break.append([])NUM_CNC.append([])counts_CNC.append([])for j in range(4):State_CNC[0][i].append(0)State_CNC[1][i].append(0)T_CNC_matrix[i].append(0)T_G[i].append(0)T_down[i].append(0)State_CNC_Break[i].append(0)NUM_CNC[i].append(0)counts_CNC[i].append(0)
#print(State_CNC)'''穷举刀具各种情况主循环'''for loop in range (Loop):for i in range (2):for j in range (4):T_CNC_matrix[i][j] = 0NUM_CNC[i][j] = 0counts_CNC[i][j] = 0State_CNC[0][i][j] = 0State_CNC[1][i][j] = 0T_CNC_matrix[i][j] = 0counts_CNC[i][j] = 0NUM_1 = 0NUM_2 = 0Count_break = 0NUM = '{:08b}'.format(loop + 1)list_NUM = list(str(NUM))State_CNC[1][1][0] = int(list_NUM[7])State_CNC[1][0][0] = int(list_NUM[6])State_CNC[1][1][1] = int(list_NUM[5])State_CNC[1][0][1] = int(list_NUM[4])State_CNC[1][1][2] = int(list_NUM[3])State_CNC[1][0][2] = int(list_NUM[2])State_CNC[1][1][3] = int(list_NUM[1])State_CNC[1][0][3] = int(list_NUM[0])
# State_CNC[1][1][0] = 0
# State_CNC[1][0][0] = 0
# State_CNC[1][1][1] = 0
# State_CNC[1][0][1] = 1
# State_CNC[1][1][2] = 1
# State_CNC[1][0][2] = 1
# State_CNC[1][1][3] = 1
# State_CNC[1][0][3] = 1
# print(State_CNC[1])for i in range (2):for j in range (4):if State_CNC[1][i][j] == 0:NUM_1 = NUM_1 + 1 #1类刀具CNC数目elif State_CNC[1][i][j] == 1:NUM_2 = NUM_2 + 1 #2类刀具CNC数目
# print(NUM_1)# 定义时间矩阵表示从目前位置到完成整件预估时间
# T_move + T_change + T_process_1 + T_change + T_move + T_change + T_process_2 + T_clean
# 预估时间矩阵T_CNC_matrix求解===============================================
# 2类刀具CNC预估时间矩阵for i in range (2):for j in range (4):if State_CNC[1][i][j] == 1: # 携带2类刀具CNC
# T_changeif i == 0:T_CNC_matrix[i][j] = 2 * T_change[Group][0]elif i == 1:T_CNC_matrix[i][j] = 2 * T_change[Group][1]# T_process_2T_CNC_matrix[i][j] = T_CNC_matrix[i][j] + T_process_2[Group]# T_cleanT_CNC_matrix[i][j] = T_CNC_matrix[i][j] + T_clean[Group]
# print(T_CNC_matrix)Answer_CSV.append([])Answer_CSV_Break.append([])T_RGV = 0counts = 0counts_1 = 0 # 计数：1类刀具CNC正在加工零件数目counts_2 = 0 # 计数：2类刀具CNC正在加工零件数目State_RGV = 0
#循环求解for times in range (Times):
# print(counts+1,'===================================================')
# for i in range (2):
# for j in range (4):
# State_CNC[0][i][j] = 0
# 1类刀具CNC预估时间矩阵
# State_CNC[1][1][0] = 0
# State_CNC[1][0][0] = 1
# State_CNC[1][1][1] = 1
# State_CNC[1][0][1] = 0
# State_CNC[1][1][2] = 1
# State_CNC[1][0][2] = 0
# State_CNC[1][1][3] = 0
# State_CNC[1][0][3] = 0
# NUM_1 = 5for i in range (2):for j in range (4):if State_CNC[1][i][j] == 0: # 携带1类刀具CNC
# T_changeif i == 0:T_CNC_matrix[i][j] = T_change[Group][0]elif i == 1:T_CNC_matrix[i][j] = T_change[Group][1]
# T_process_1T_CNC_matrix[i][j] = T_CNC_matrix[i][j] + T_process_1[Group]
# print(T_CNC_matrix)for i in range (2):for j in range (4):if State_CNC[1][i][j]== 0:for k in range (2):for l in range (4):if State_CNC[1][k][l] == 1:T_G[k][l] = T_CNC_matrix[i][j] + T_move[Group][abs(l-j)] + T_CNC_matrix[k][l](a,b) = find_martrix_min_value(T_G,State_CNC,State_CNC_Break,1,1)if (a,b) == (2,2):T_CNC_matrix[i][j] = T_G[0][0] + T_move[Group][abs(State_RGV-j)] + 1200else:T_CNC_matrix[i][j] = T_G[a][b] + T_move[Group][abs(State_RGV-j)](c,d) = find_martrix_min_value(T_CNC_matrix,State_CNC,State_CNC_Break,1,0)for i in range (2):for j in range(4):T_G[i][j] = 0
# print(T_CNC_matrix)
# 预估时间矩阵T_CNC_matrix求解===============================================# =============================================================================
# NUM_1 1CNC数
# counts 零件标号
# counts_1 正在加工
# counts_1_free 加工完成空闲数
# counts_2 正在加工
# counts_2_free 加工完成空闲数# =============================================================================
#for i in range (2):for j in range (4):if T_RGV >= T_down[i][j]:State_CNC[0][i][j] = 0
# print(State_CNC[0])
# print(State_CNC_Break)(c,d) = find_free_min_add(T_CNC_matrix,State_CNC,State_CNC_Break,0,0,1,0)
# 移动至目标CNC
# print(c,d)for i in range (2):for j in range (4):if T_RGV >= T_down[i][j]:State_CNC[0][i][j] = 0if(c,d) == (2,2):(c,d) = find_martrix_min_value(T_down,State_CNC,State_CNC_Break,1,0)if (c,d) == (2,2):(h,o) = (0,0)T_RGV = T_down[0][0]else:T_RGV = max(T_RGV + T_move[Group][abs(State_RGV-d)],T_down[c][d])else:T_RGV = T_RGV + T_move[Group][abs(State_RGV-d)]State_RGV = d
# 上件if c == 0:T_RGV = T_RGV + T_change[Group][0]elif c == 1:T_RGV = T_RGV + T_change[Group][1]if (c,d) == (2,2):(c,d) = (0,0)T_RGV = T_down[0][0]T_down[c][d] = T_RGV + T_process_1[Group]
# 产生随机故障(e,f,g)= Breakdown_random()if times > NUM_1 and e != 2:
# 存在故障State_CNC[0][e][f] = 1T_down[e][f] = g + T_RGVState_CNC_Break[e][f] = T_down[e][f]Answer_CSV_Break[loop].append([])Answer_CSV_Break[loop][Count_break].append(NUM_CNC[e][f])if e == 0:Num_Break = 2 * (f + 1)elif e == 1:Num_Break = 2 * (f + 1) - 1Answer_CSV_Break[loop][Count_break].append('CNC{}#'.format(Num_Break))T_up = T_RGVAnswer_CSV_Break[loop][Count_break].append(T_up)Answer_CSV_Break[loop][Count_break].append(T_down[e][f])Count_break = Count_break + 1for i in range (2):for j in range (4):if T_RGV > State_CNC_Break[i][j] and State_CNC_Break[i][j] != 0:State_CNC_Break[i][j] = 0State_CNC[0][i][j] = 0
# print('T_down',T_down)if c == 0:Num = 2 * (d + 1)elif c == 1:Num = 2 * (d + 1) - 1State_CNC[0][c][d] = 1counts = counts + 1
# print(NUM_CNC)Answer_CSV[loop].append([])if counts_CNC[c][d] != 0:if find_free_min_add(T_CNC_matrix,State_CNC,State_CNC_Break,0,0,1,1) == (2,2):(m,n) = find_martrix_min_value(T_down,State_CNC,State_CNC_Break,1,1)if (m,n) == (2,2):(m,n) = (0,0)T_RGV = T_down[0][0] + 1200else:T_RGV = max(T_RGV + T_move[Group][abs(State_RGV-n)],T_down[m][n])else:(m,n) = find_free_min_add(T_CNC_matrix,State_CNC,State_CNC_Break,0,0,1,1)T_RGV = T_RGV + T_move[Group][abs(State_RGV-n)]
# 上件
# print(m,n)if m == 0:T_RGV = T_RGV + T_change[Group][0]elif m == 1:T_RGV = T_RGV + T_change[Group][1]if (m,n) == (2,2):(m,n) == (0,0)S_RGV = T_down[0][0]State_CNC[0][m][n] = 1State_RGV = n
# print(counts_CNC)if counts_CNC[m][n] != 0:T_RGV = T_RGV + T_clean[Group]counts_CNC[m][n] = counts_CNC[m][n] + 1T_down[m][n] = T_process_2[Group] + T_RGV# print(NUM_CNC)NUM_CNC[m][n] = NUM_CNC[c][d]
# print(NUM_CNC[m][n])if m == 0:Num = 2 * (n + 1)elif m == 1:Num = 2 * (n + 1) - 1
# print(Answer_CSV[loop])
# print(NUM_CNC[m][n] - 1)Answer_CSV[loop][NUM_CNC[m][n] - 1].append('CNC{}#'.format(Num))T_up = T_RGVAnswer_CSV[loop][NUM_CNC[m][n] - 1].append(T_up)Answer_CSV[loop][NUM_CNC[m][n] - 1].append(T_down[m][n])NUM_CNC[c][d] = counts
# print(counts)counts_CNC[c][d] = counts_CNC[c][d] + 1T_down[c][d] = T_process_1[Group] + T_RGV
# 超过8小时即结束循环if T_down[c][d] + T_change[Group][c] + T_clean[Group] > T_total:break
# 将结果输出至CSV表格if c == 0:Num = 2 * (d + 1)elif c == 1:Num = 2 * (d + 1) - 1
# print(NUM_CNC[c][d])Answer_CSV[loop][NUM_CNC[c][d] - 1].append(NUM_CNC[c][d])Answer_CSV[loop][NUM_CNC[c][d] - 1].append('CNC{}#'.format(Num))T_up = T_RGVAnswer_CSV[loop][times].append(T_up)Answer_CSV[loop][times].append(T_down[c][d])for i in range (2):for j in range (4):if T_RGV >= T_down[i][j]:State_CNC[0][i][j] = 0counts_CSV.append(counts)
# print(Answer_CSV)
MAX_loop = 0
for loop in range (Loop):if MAX_OUTPUT < counts_CSV[loop]:MAX_OUTPUT = counts_CSV[loop]MAX_loop = loop
print(Answer_CSV[MAX_loop])
print(counts_CSV[MAX_loop])
print(Answer_CSV_Break[MAX_loop])writer = csv.writer(open("Case_3_2_3.csv",'w',newline=''))
for item in Answer_CSV[MAX_loop]:writer.writerow(item)writer_1 = csv.writer(open("Case_3_2_3_Break.csv",'w',newline=''))
for item_1 in Answer_CSV_Break[MAX_loop]:writer_1.writerow(item_1)2018CUMCM（数学建模国赛）_B——智能RGV的动态调度策略相关推荐
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