（服装设计与工程专业论文）服装缝制流水线优化及可视化技术研究[服装设计与工程专业优秀论文].pdf

暇装缝裁流承线後纯及霹撬纯技零耩究 界面。 5 作为次服装缝制流水线优化结果验证及可视化技术的揲索 与信息学院共同完成了一套蕊单服装缝制流水线的动态模拟 系统，即可视化仿真系统。可视化仿真能童观地了解生产动态 过程，从而提高生产效率，是提升工程设计和管理蠛代诧水平 的关键。 本论文研究结果可提高服装企业缝割流水线编排效率，增强服装 工艺信息的规范化与标准化，使离数的、经验性的服装工艺知识用计 算机表达成为可黪。本论文是将传统的服装王业生产技术与数字化技 术辐结合的一次尝试与实践，楚制造业的发展趋势，是国家信息产业 都在新世纪大力缁导的，故本课题研究内容具有定的先进性和实用 意义。 关键诞：服装流水线遗传算法铸真优忧 2 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 s t u d yo nas c h e d u l i n ga n dv i r t u a ls i m u l a t i o n s y s t e mo ff l o ws e w i n gl i n e si nc l o t h i n gm a n u f a c t u r i n g a b s t r a e t t h ef a s h i o nc a p pc o n n e c t st h ef a s h i o nc a da n dt h ef a s h i o nc a m ， b u tt h es t u d ya n dd e v e l o p m e n to fc a p pi sn o ti nc o r r e s p o n d e n c ew i t h t h ec a da n dc a m ，a n db a f f l e st h em o d e r n i z a t i o no ft h e g a r m e n t i n d u s t r y t h ec o m b i n i n gw o r k i n gp r o c e d u r ei s o n ec h i e fp a r to ft h e f a s h i o nc a p p 。 g a r m e n t i n d u s t r y i s t r a d i t i o n a l i ti sd i f f i c u l tt o c h a n g e t h e t r a d i t i o n a l ，e x p e r i e n t i a l ，d i s c r e t et e c h n i c a li n f o r m a t i o n i n t o d i g i t a l i n f o r m a t i o n a n dt h es t u d yo ft h ev i r t u a ls i m u l a t i o no ff l o ws e w i n gl i n e s i nc l o t h i n gm a n u f a c t u r i n gi sah o t s p o ta n di ti sa l s oat r e n d i nt h i sp a p e r ， i no r d e rt os t u d yt h es c h e d u l i n ga n dv i r t u a ls i m u l a t i o ns y s t e mo ff l o w s e w i n gl i n e si nc l o t h i n gm a n u f a c t u r i n g ，t h ef o l l o w i n gw o r ki sd o n e 1 。al o to fc l o t h i n ge n t e r p r i s e sa n dt h es t a t u so ft h ee x p l o i t a t i o no f c a p pa r ei n v e s t i g a t e da n ds t u d i e d 2 。b a s e do nt h es t u d yo ft h es t a t u so ft h er e s e a r c ho ft h es c h e d u l i n g f l o ws e w i n gl i n e si nc l o t h i n gm a n u f a c t u r i n g ，t h ep a p e rp o i n t so u tt h a t t h ec o m b i n i n gw o r k i n gp r o c e d u r ei st om i n i m i z ep r o c e s s i n gt i m ea n dt h e s a m et i m ei t i sd e m o n s t r a t e db ys e v e r a le x a m p l e s 3 。i no r d e rt om a k ei te a s i e r ，t h es c h e d u l i n gs y s t e mi sd i v i d e di n t o t w op a r t s ( 1 ) ( 2 ) c o m b i n i n gw o r k i n gp r o c e d u r ei st om i n i m i z ep r o c e s s i n gt i m e ； t h es e c o n do n ei so p t i m i z i n gt h em a c h i n el a y o u t ，w h i c hi st o m i n i m i z ed e l i v e r yt i m e a n da tt h es a m et i m e ，t h ep a p e re s t a b l i s h e st h em o d e lw h i c hc o u l d b ep r a c t i c e db ym a t l a b ，a n dg i v e sonee x a m p l et od e m o n s t r a t et h e f e a s i b i l i t yo ft h es y s t e m 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 4 i no r d e rt om a k et h es y s t e mm o r ei n t e g r a la n dp r a c t i c a l ，s o m e f o r m si sd e s i g n e db yv b ，t h a ti st os a y ，i ti sc o n v e n i e n tf o rt h ec l i e n t st o u s et h i sm a t l a bp r o g r a mb yc h a n g i n gp a r a m e t e r si nv bf o r m sa n dt h e r es u l tc a nb ec l e a r l yd i s p l a y e db yv b 5 ，t h ev i r t u a ls i m u l a t i o ns y s t e mo ff l o ws e w i n gl i n e si nc l o t h i n g m a n u f a c t u r i n gh a sb e e nc o m p l e t e dw i t ho t h e rs t u d e n t s ，w h i c hc a nb e u s e dt oe s t i m a t et h ee f f e c to faf l o wl i n el a y o u t + i ti ss u p p o s e dt h a tt h es t u d yc o n t r i b u t e st oi m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c y o fs c h e d u l i n gf l o ws e w i n gl i n e si nc l o t h i n gm a n u f a c t u r ea n dg i v e s s c i e n c ev a l ea n d p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t ot h es t a n d a r d i z a t i o no f t e c h n i c a li n f o r m a t i o ni nc l o t h i n gm a n 珏f 氇e t h r i n g 。h e r ei ts u g g e s tam o r e s c i e n t i f i cm e t h o dt od e v e l o pt h ec a p p ，s oi t 。h a sg r e a ts i g n i f i c a n c ea n d i su s e f u la n dh e l p f u lf o rf u t u r es t u d y l o u y a f a n g ( f a s h i o l ld e s i g n a n d e n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o rz h a n gz u f a n g k e y w o r d s ：c l o t h i n g f l o ws e w i n gl i n eg e n e t i ca l g o r i t h m v i r t u a lsi m u l a t i o n o p t i m i z e 4 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所里交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个入或集体已经发表或撰写过的作晶及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所琴的肉容负责，并完全意识虱本声明的法律结果赉本人承撵。 学位论文作者签名； 嘲2 驴j 年 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 i 保密0 在二年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 一躲栏 日期2 年矽妒 珈d 弓p 组 ， 趣豸 指导教师签名： 撸磅 日期：年月日 砌弓i z 歹 服装缝制流水线优化及荫丁视化技术研究 第1 章绪论 由于我匡服装生产的理论和技术基础比较薄弱，现代生产管理的 模式在服装厂还没有得到广泛应用，服装企业要想在激烈的竞争中立 予不败之地，就必须大力推进服装科技的进步，利用现代科学技术成 果、结合以计算机为主的现代管理手段，从根本上改变我国服装生产 管理方法和手段上的落后状况。 随着计算机集成制造系统( 简称c i m s ) 在企业的广泛应用，为寻 求有效的服装工艺设计方法提供了可能。从缩短生产准备周期，提高 工艺文件质量，使广大工艺人员从繁琐和重复的劳动中解放出来，提 高企业内部信息的集成度等方面考虑，计算机辅助工艺过程设计( 服装 c a p p ) 使应运面生。服装生产过程是一个典型的工艺加工过程，应雳计 算机辅助服装工艺过程设计是必然趋势，刻不容缓。 两且在整个计算机辅助服装制造系统中，由于服装厂各资源的多 样性，工艺设计的灵活性，服装c a p p 远远滞后于服装c a d 和服装 c a m 。成了服装企业实现现代化制造襁管理的瓶颈之。 流水线优化问题是服装c a p p 的核心内容之一。在过去的几年中， 主要采用分枝定界技术秘疟发式等算法对此闻题进行了较详细的研 究，但由于各方面的原因，没有很好的应用到实际当中。这几年也有 学者采用一些新的优化算法例如遗传算法对服装c a p p 进行研究。例 1 9 9 8 年，香港理工大学k e i t hc c c h a n 的h a n d l i n gt h ea s s e m b l yl i n e b a l a n c i n gp r o b l e mi nt h ec l o t h i n gi n d u s t r yu s i n gag e n e t i ca l g o r i t h m ) ) 和 2 0 0 3 年，东华大学硕士研究生张向辉的硕士学位论文服装生产组织 快速反应中智能技术的应用研究，主要运用遗传算法对工人数和已 经进行工序组合的工作地寻找一最佳组合方案使纯加工时间最短( 工 人数和工作地数相等，各工人对各工作地上工序的加工熟练度不等) ； 2 0 0 1 年，香港理工大学w k 。w o n g 、c k 。c h a n 和w h i p 的ah y b r i d f l o w s h o ps c h e d u l i n gm o d e lf o ra p p a r e lm a n u f a c t u r e ) ) 主要运用遗传算法 对复合( 多任务 流水线的大致计划进行研究，使其最终成本最少。 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 它分两个层面进行讨论，第一使各订单的交货期延误、提前的惩罚成 本最少；第二使各订单在进入缝制流水线前的铺料、裁剪耽搁的时间 最短。2 0 0 3 年东华大学赵岚的硕士毕业论文服装生产流水线仿真技 术研究一文中也运用了遗传算法一一对课桌式排列的设备编排进行 了研究。但未检索到运用遗传算法对流水线优化中工序编排进行较详 细的研究。 对流水线优化结果可视化的研究更少。可视化在服装业主要应用 于三维服装c a d ，可视化仿真能直观地了解生产动态过程，提高生产 效率，是提升工艺设计和管理现代化水平的关键。 因此，本文将立足工序编排优化问题，采用现在一些先进技术， 对服装厂缝制流水线优化及可视化进行研究，试着建立缝制流水线优 化及可视化的模型，并用计算机予以实现。 2 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 第2 章本课题研究的背景和内容 2 1 本课题研究的背景 2 1 1 服装业面临的机遇与挑战 21 世纪服装企业将是数字化技术企业。信息化与数字化是当今世 界经济和社会发展的大趋势，也是我国服装产业结构调整和实现技术 升级的关键环节。“十五 期间，要以信息化带动工业化，要以信息 数字化技术的应用为重点，实现传统服装产业的生产过程集成化，快 速反应化，控制智能化和企业管理信息化，以提高传统服装产业的生 产效率、产品质量和品牌市场竞争能力。由于服装产品是最具科学技 术和艺术文化含量的载体，它在服装市场上也是最“鲜活 的、最需 敏捷制造的产品，因此，在数字化信息技术与文化相互交融的今天， 在国内外服装市场日趋一体化的今天，在服装买方市场，个性化市场 形成的今天，在客户定制需求显现的今天，传统的服装企业生产加工 方法己很不适应当今时代的要求。特别是在电脑技术、网络技术和通 讯技术已呈爆炸式的今天，数字化、信息技术己十分成熟，服装设计 与加工设备绝大部分已经数字化，作为一个服装企业，从信息一一设 计一一加工一一营销的整个价值链应该数字化，以实现2l 世纪传统服 装企业成为数字化技术企业。 2 1 2 流水线编排在服装集成制造中的重要性 产品从分析市场需求开始，经过设计过程和制造过程使之从抽象 的概念变成具体的最终产品( 见图2 一1 ) 。这一过程具体包括产品设计、 工艺过程设计、制作加工、检测、包装等阶段。相应地根据设计制造 的几大板块，服装行业有三大辅助系统，那就是服装c a d 、c a p p 以及 c a m 。 在服装领域，计算机辅助工艺设计( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s s i n g p l a n n i n g ) 可以说是一个需要大力发展，但目前发展较缓慢的课题， 国内外服装企业c a p p 的开发与应用远远滞后于服装c a d c a m ，成 了服装企业实现现代化制造和管理的瓶颈之一。国内外的各服装科技 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 产品设计工艺设计生产实施 款式设计工艺流程n c 编程 样板设计工艺卡设计 排料设计流水线平衡 表2 1计算机辅助服装生产的总过程 公司例格柏、力克、衣拿牌、艾斯特奔马等在c a d 、c a m 方面发展 远远超过了c a p p 。这些公司很少提到c a p p 这个词，只是在数据库 管理系统中有一些工艺设计的内容，主要是工艺单的制作。在其数据 库管理系统中有一些工艺单的模型，方便用户制作工艺单，便于数据 管理。在流水线优化方面未有实用、好用的产品。在他们的宣传资料 里可以看到这样字眼：“悬吊系统的基本理念是将整件衣服的裁片挂 在衣架上，根据事先输入好的工序工段，自动送到下一道工序操作员 的手里”。在2 0 0 3 年c i s m a 展会上，我对上述提到的各公司进行了 调研，上面提到的“事先输入好的”均是人工输入，未能由电脑自动 实行工序的优化组合。所以开发研制服装c a p p 系统迫在眉睫，而开 发一个实用、好用的服装c a p p 系统更是当务之急。图2 2 所示是在 翻阅了一定数量有关机械、建筑等其他制造业c a p p 系统开发的书籍 以后，结合服装企业所特有的行业特征总结、归纳出的一个较合理简 易而又实用的服装c a p p 系统的体系结构。 服装c a p p 系统中，主要是工艺决策及工艺文件生成系统，而在该 系统中主要的是工时分析子系统和流水线优化设计子系统。流水线优 化设计子系统又是c a p p 的瓶颈环节，是c a p p 中技术含量较高的部分。 2 1 3 我国服装厂工艺设计的现状 迄今为止，工艺设计方法还未建立起完整的、规范的、系统的、 科学的理论。许多服装企业的工艺设计还停留在口读心记，与其它行 业相比还未意识到用信息化技术表述的重要性，许多工艺知识不具有 精确的描述和严密的数学模型。至今许多工艺设计仍处于经验决策阶 段。这就导致工艺设计的经验性。 4 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 传统上，工艺设计应由具有丰富生产经验的工艺师负责。作为一 图2 2服装c a p p 的系统框图 个好的工艺师必须具备： 丰富的生产经验； 熟知企业的各种设备使用情况； 熟知各类产品的生产工艺方法： 熟知企业内各种与生产加工有关的规范； 熟知与生产管理有关的各种规章制度 5 服装缝制流水线优化及w 视化技术研究 能与有关方面保持友好沟通合作。 由于传统的工艺设计都是由人工进行的，因此工艺文件的内容、 质量以及编制时间主要取决于工艺师的经验和熟练程度。而且有丰富 经验的工艺师就是在发达国家也常常感到人数不足。这就使服装工艺 设计存在一些无法克服的缺陷。工艺术语、格式的不规范、不标准。 有些术语的叫法因企业工艺人员的用语习惯不同丽不同，没有统一的 标准，工艺文件的格式更是五花八门，无法统一规范，这样对各企业 之闻的技术交流和贸易往来都会造成影响。工艺设计依靠专家头脑中 的经验和知识，再根据具体工艺要求编排工艺文件，但这些经验和知 识无法得到充分的共享。 根据现有设备、人员等进行工序编排更是依赖于专家。用手工在 投产前进行工序的合理安排非常困难，很多企韭只麓在加工过程孛出 现问题时再进行适当地调整。一旦这些工艺人员离开企业也将带走一 切经验和知识，这对企业来说无疑是致命酶一击。 2 1 4 流水线优化及可视化研究的现状 在过去的30 多年，主要采用分棱定界技术和启发式算法等对流水 车间优化、调度问题进行求解。9 0 年代s h a u k a t 等人提出分枝定界算 法、w i t t r o c k 提出了启发式算法。僵这些算法只能解决规模较小的问 题。近年来，模拟退火、遗传算法等被用来求解较大规模问题。目前 在机械、电子等彳亍业已采用模拟退火、遗传算法等技术进行流水线优 化和调度等问题设计，提高了设计的速度和准确性。在服装彳亍业，也 采用了整数规划、分枝定界技术和启发式算法对流水车间优化、调度 问题进行了研究，由于各方面原因，没有得到产品化应用。这两年也 有人模仿机械电子行业采用模拟退火、遗传算法等来进行研究，但总 不太理想，没有很好的与服装业相结合，无法应用到实际当中。其中 一个重要原因是服装的缝制加工还没有达到现在机械、电子行业所说 的真正的柔性加工。古典的作业车间其特点是每道工序使用的机床郎 设备( 唯一) 被事先确定。柔性作业车间与古典作业车间的根本差别 在予【2 】：一道工序可以在多台机床上被加工。现在的服装业加工既不 6 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 是完全的古典又不是现在意义上的柔性，所以是一较复杂的问题。如 果按现在意义的柔性加工车间来说，圊一订单中的不同产品的圊一工 序可在任何有加工该工序设备的工作地加工。而实际生产中，大部分 工序只在一个工作地进行加工( 便于管理和提高工人操作熟练度) ， 只有少数工序在两个或两个以上的工作地进行加工。原因是服装的加 工制作是人工进行的，自动化成分较少。为了提高工人的操作熟练发， 不可能让每个工人操作每类工序，而是让大部分工人固定操作一道或 几道王序。燕时，为了流水线平褥，少许工序会壶多个工人进行操作。 机械、电子等行业的可视化程度也非常高，完全可以在实际投产 之前进行模拟生产，提旱发现闻题，解决闻题。其应用范匿小到零件 生产，大到飞机、大桥等全过程模拟，原本要在施工现场才可能一一 发现的闻题提旱解决了。所以说，流水线仿真是c a p p 的一个重要组 成部分，是流水线优化结果的一个重要评价和检验方法。 一 _一 一 _ 两服装的生产就相当于祝械行韭一简单设备的组装。两者在三维 可视方面有较大差异：一是刚性体，一是柔性体。但在生产流水线可 视化方面有很大的相似性。服装行业在这方面的研究较少，还在起步 阶段，完全可以借鉴机械等其它行业。 2 2 在现有研究的基础上提出新的方向 2 2 。1 服装产品成本的内容b 1 服装产品的成本主要有下面三部分构成： 1 ) 材料费 ( 1 ) 直接材料费：面料费；里料费；衬料费；缝线费；附属品费。 ( 2 ) 间接材料费：缝纫机油费；缝纫机针；缝纫机零件( 易耗物晶备 用品费) 。 2 ) 劳务费 ( 1 ) 直接劳务费：计件工资；计时工资。 ( 2 ) 闻接劳务费：阆接工资；籁时工资；体假霹工资；退休、退职金； 奖金，津贴；健康、保险金：法定福利费；其它费用。 3 ) 制造经费 。 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 ， ( 1 ) 直接经费：工艺卡制作费；样品试制费；专利费；外协作加工费。 ( 2 ) 简接经费：福利卫生费：折旧费：租金；煤气、电、水经费：保 管费；仓储损耗费。 进行流水线优化的目的是什么? 很明显是合理利用人力、物力， 使生产成本最少。但从服装产品成本的构成来看，流水线编排的优劣 对服装产品成本中的材料经费与制造经费影响很少，主要影响其的劳 务费。同时对劳务费中的间接劳务费的影响也很少，主要影响劳务费 中的蛊接劳务费一一计时工资。丽计时工资主要取决于生产时间。所 以，进行流水线优化的目的就是要减少生产时间。下面再来看看现有 ，的研究。 2 2 2 现有的研究 既然是优化就应有优化丞数即优化露标值。现有的文献报道中， 对流水线的优化研究主要集中在其主要部分一一工序编排，且不管是 采用分枝定界法，还是遗传算法等，其露标邀数大致是以下几种藏其 加权组合4 5 6 ： 1 ) 工时平均偏差率，即每个王作地的工时与流水线平均节拍的偏 mm 差之和占生产总工时的百分比6 - - - t ( s j ) 一r i 乏t ( s j ) 。式中j 为王 作地号，m 为工作地数。t ( s j ) 为该方案的第j 号工作地的工时， r 为平均节拍： ， 材 2 ) i 作地编制效率，即工作地利用率e = 芝t ( s j ) m tt 尧漉水 壕 线节拍( 即工作地中最大的节拍) ； 3 ) 逆工序率，即逆向工序数与总工序数的比率； 4 ) 首件产品的完工时间； 5 ) 总纯加工时间，等等。 从上述公式中不难看斑，这些基标值或评价函数的匿的就是要使 流水线上各工作地的加工时间尽量相等，减少等待时间，从而减少生 产时阀( 生产时间即从加工第一锋衣服的第一道工序开始到最焉一件 8 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 衣服的最藉一道工序结束) ，减少成本。所以说这些譬标值或评价函 数虽不是成本的直接表达式，但都是围绕流水线优化过程中影响成本 的主要嚣素一一生产时闻进行讨论的，有其重要的参考价值。 工时平均偏差率越小，工作地编制效率越大，越有利于流水线畅 通，减少等待时间。而逆工序率就不是越小越好( 服装生产要提高工 作地编制效率、工时平均偏差率就肯定存在逆工序，无法避免) ，适 当的逆工序的存在有利予减少生产时闻。对逆工序存在多少为益，随 产照的种类、生产条件等因素变化，就很难确定。据本人所检索，在 现有的文献报道中，未有对逆工序率多少为好进行详细、系统的研究。 总纯加工时间不等于总生产时间，但总纯加工时间是总生产时间的主 要组成部分( 生产时间豁纯加工时间( 有效时间) 十等待时间( 无效 时闯) ) 。首件产品的完工时闻与总生产时间无直接关系。 2 2 3 问卷调查 为了提出新的方向，在查阕现有的文献资料同时，也对工厂工艺 师傅进行了问卷调查。主要进行了三种形式的问卷调查： l ；王厂实地调研； 2 ) 传真形式； 3 ) 电话调查。 共进行了2 0 份问卷调查。问卷的内容如附录1 所示。对本文最有 说服力的是阆卷主的第l0 题，即您是否觉得进行流承线编排的霉的是 在现有的人力和物力上，能使加工任务尽快完成。9 5 的师傅回答 “是。虽然此题的设计不是很严密，但不无其参考价值，从一定程 度上说明减少生产时间是进行流水线优化的一重要目标。 服装缝制质壁主要取决于工人的技术水平、设备的质量、工序的 先后加工顺序等。而在研究工序编排时，假定工人的技术、设备的好 坏、工序的先后加工顺序均已定。只是如何把现定的工序合理的分配 给各工人及设备。所以工序的编排只影响生产时间，而不影响产晶质 量。( 当然工序的编排会影响生产管理，从而间接影响产晶质量。但 这对产品质量的影响较复杂，也相对较小) 。 9 服装缝制流水线优化及w 视化技术研究 2 2 4 提出新的方向 在上藤讨论的基础上再来讨论一些具体的实例。如图2 3 所示， 现有a 、b 、c 、d 、e 、f 6 个工人要生产该衣服l0 件。每个工人对每 个工序的生产能力是相等的，即不考虑工人的差异。有三种编排工序 的方案，如表2 1 所示。前两种方案只有工序1 、2 、4 、6 、8 的编排 不一样，别的都一样，且各自的工时平均偏差率和工作地编制效率均 为0 和1 ，即每个工人的加工时间相等，均为4 秒，同时整个生产过 程的总纯加工时闻( 有效时闻) 楣等，均为( 4 6 ) xl0 = 2 4 0 秒。 现再来看看各自的实际生产时间，见附录2 中的2 1 和2 2 所示。方 案l 为57 秒，而方案2 麓6 0 秒( 假设在实际生产时，每个工人对其 自己可加工的工序中，先加工前件产品的前道工序) 。 再来看看方案2 和方案3 ，方案2 各工人的翔工时闻相等，丽方 案3 各工人的加工时间不等，有3 秒，4 秒，5 秒，但他们实际总生产 时间相等( 见附录2 中的2 。2 和2 。3 ) 。这是由于在加工过程中的等待 时间即无效时间的不等引起的。因为服装缝制流水线存在回流( 即逆 图2 3所獭简单例予的流稳图 l o 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 方案l方案2方案3 工人工序工人工序工人工序 a 1 ；2 ； 6a 1 ；4 al ：4 b 3 ； 13b 2 ；6 ；8 b 2 ：6 c 5 ； 9c 7 ： 1 1c3 ：l3 d 7 ； l 1d 3 ； 13d 5 ；9 e 4 ；8 e 5 ； 9 e 7 ：8 ： 11 f10 ；l2fl0 ；12fl0 ：l2 表2 i图2 - 3 所举例子的篓工序分配表 工痔) ，不是直线流水线，即王人a 可麓加工多道王序，每道工序的 紧后工序不一定都是工人b 加工。所以a 工人可能把中间产品传给c 、 d 、嚣等王人加工。同理，b 、c 、d 、嚣工人可能把审闻产品回传给a 工人加工等等。所以导致即使每个工人的加工时间相等，不同的工序 组合，在有回流的流水线上会存在不等的无效时间，最终使总生产时 间不等。这使得利用工时平均偏差率、工作地编制效率或总纯加工时 阗作为流水线编排优化露标或评判方法有一定的局限性。 不管是不存在逆工序( 回流) 的直线流水线还是存在逆工序的流 水线，即使各工人加工时闻相等，在第一件产品产出前和有一工人完 成其所有加工工序后都存在无效时间；而直线流水在第一件产品产出 后到有一王人完成其所有加工工序闻无无效时间，存在回流的流水线 在任何阶段都有或多或少的无效时间。如图2 4 和2 5 所示的两例子， 图2 4 ( 工序编排见表2 2 ) 所示的为无回流的直线流水，其生产过 程见附录2 中的2 4 所示，在该表中，很明显的可以看到，在l2 秒和 4 0 秒间无无效时间；而图2 5 ( 工序编排见表2 3 ) 所示的例子，其 生产过程见附录2 中的2 。5 所示，每个生产阶段都有或多或少的无效 时间。 鉴于以上所述：工序编排优化对质量影响楣对较小，两对成本的 影响中主要影响是生产时间，所以本文对流水线优化中工序编排优化 直接以总的生产时闻为酲标函数。但总的生产时阆很难黑篱单的数学 公式进行表达计算，进而又提出用内部虚拟仿真( 即只得到仿真的最 后结果，中闻的可视仿真不显示) 来得到实际憋总生产时间一一模搂 l l 服装缝制流水线优化及w 视化技术研究 实际的生产流水来记时得到总生产时间。 王人工序 al2 b3 c5 d 467 e89 溷2 - 4 所举无囤流静一流程鬻 表2 2图2 - 4 所举例子的工痔分配表 工人 工序 a l b2 8 c3 d412 e56 f7l3 g9 l4 h10 ， illl5 匿2 。5有豳漉豹一餐单铡予流程蜜 袭2 - 3鬻2 - 5 瑟举铡子的穿分配袭 1 2 服装缝制流水线优化及w 祝化技术研究 2 3 本论文的主要内容 真实的服装厂，由于品种及各资源情况的不同流水线的编排是非 常灵活的，要用某一固定的流水线设计模式来满足不同的企业和不同 的产品是不现实的。所以要将本系统建成一个开放、交互式的编排系 统。这就和当前的排料系统一样，至今还无一个完善的、全面的排料 算法，以覆盖所有款式及所有工艺要求的排料方式，也无法一次性达 到令人满意的排料方案。在通常情况下，要得到一个令人满意的排料 方案，常常是在排料系统中运用手动和自动楣结合方式班达到所需的 目的。 所以，服装生产缝制流水线编排系统也将采用手动和自动相结合 的交互方式，防止单一设计编排模式的局限性，达到高效性与灵活性 的统一。 为了便于讨论研究，本论文把流水线优化编排的自动部分分两步 来进行。 1 ) 在不考虑设备实际的空间位置下，把各工序合理分配给各工 人，使其总生产时闯最短； 2 ) 把1 ) 得到的所需的设备坐落于实际工厂的设备，使其传递( 距 离) 成本最少。 所以其基本框架可进行如图2 6 所示设计。在图2 6 所示的总的 流水线编排优化系统中包含三个重点： 1 ) 工序编排优化算法 2 ) 设备布局优化算法、 3 ) 仿真流动系统 即本文研究的重点是该三部分模型的建立及其计算机实现，鉴于 各方面条件所限，对手动部分不进行讨论。 2 4 本章小结 首先介绍了本课题提出的背景：服装业面临的机遇与挑战；服装 业的现状；流水线优化的重要性和技术难度等。接着在现有的研究基 础上，结合市场调研及服装业情况提比了新的研究方向，并论证了对 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 该方向进行研究的合理性。最后讲述本课题研究的主要内容。 八 囊动 = ： 工序编 捧优化 艄厨： 。 l 手动l 工位布 非+ ，r局优化 l 手动编排 l 上 1 i r ( 显性) 仿真流动 l 1r - 否 是 1f l 打印文件清单 圈2 6本文所进行的流水线优化基本框圈 1 4 服装缝制流水线优化及w 视化技术研究 第3 章遗传算法理论基础 遗传算法( g en etica lg o rith m s ，g a ) 是一种借鉴生物界自然选 择和进化机制发展起来的高度并行、随机、囟适应搜索算法。由于其 思想简单、易于实现以及表现出来的健壮性，近年来在问题求解、优 化和搜索、机器学习、智熊控制和模式识别等领域取得了谗多令人鼓 舞的成就。以遗传算法为核心的进化算法，已与模糊系统理论、人工 神经网络等一起成为计算智能研究中的热点，受到广泛的关注。本章 介绍遗传算法的一些基本理论。 3 。l 遗传算法概要 3 1 。1 生物进化理论 我们知道，生命是进化的产物，现代的生物是在长期进化过程中 发展起来的。达尔文用自然选择来解释物种的起源和生物的进化，其 学砉萸包括以下三个方面； 1 遗传这是生物的普遍特征，“种瓜得瓜，种豆得豆 ，亲代把 生物信息交给子代，子代按照所得信息而发育、分化，因而子代总是 和亲代具有相同或相似的性状。生物有了这个特征，物种才能稳定存 在。 2 变异亲代和子代之间以及子代的不同个体之间总有些差异， 这种现象称为变异。变异是随机发生的，交异的选择和积累是生命多 样性的根源。 3 生存斗争和适者生存自然选择来自繁殖过剩和生存斗争。由 于弱肉强食的生存斗争不断地进行，其结果是适者生存，具有适应性 变异的个体被保留下来，不具有适应性变异的个体被淘汰，通过一代 代的生存环境的选择作用，物种变异向着一个方向积累，予是性状逐 渐和原先的祖先种不同，演变为新的物种。这种自然选择过程是一个 长期的、缓慢的、连续的过程。 遗传算法是怎样模拟生物进化模型的呢? 假设对相当予自然界中 的一群人的一个种群进行操作，第一步的选择是以现实世界中的优胜 1 5 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 劣汰现象为背景的；第二步的重组交叉则相当于人类的结婚和生育； 第三步的变异则与自然界中偶然发生的变异是一致的。由于包含着对 模式的操作，遗传算法不断的产生出更加优良的个体，正如人类向前 进化一样。所采用的遗传操作与生物尤其是人类的进化过程相对应。 3 1 2 遗传算法的基本思想1 遗传算法是从代表问题可能潜在解集的一个种群( p o p ula tio n ) 开 始的，而一个种群则由经过基因( g e n e ) 编码( c0din g ) 的一定数目的个 体( in divid u a l ) 组成。遗传算法在一开始需要完成编码的工作。初代 种群产生之后，按照适者生存和优胜劣汰的原理，逐代( g en e r a tio n ) 演化产生出越来越好的近似解。在每一代，根据问题域中个体的适应 度( fitn ess ) 的大小来挑选( se1ec ti0n ) 个体，并借助于自然遗传学的 遗传算予( g e n etic o p e r a to rs ) 进行组合交叉( c r 0 s so ver ) 和变异 ( m ut a tio n ) ，产生出代表新的解集的种群。这个过程将导致种群像自 然进化一样的后生代种群比前代更加适应于环境，末代种群中的最优 个体经过解码( de c 0din g ) ，可以作为问题近似最优解。 3 1 3 遗传算法与传统优化算法的比较9 1 n0 1 传统的优化方法主要有三种：枚举法、启发式算法和搜索算法。 1 枚举法枚举出可行解集合内的所有可行解，以求出精确最优 解。对于连续函数，该方法要求先对其进行离散化处理，这样就可能 因离散处理而永远达不到最优解。此外，当枚举空间比较大时，该方 法的求解效率比较低，有时甚至在目前先进计算工具上无法求解。 2 启发式算法寻求二种能产生可行解的启发式规则，以找到一 个最优解或近似最优解。该方法的求解效率比较高，但对每一个需求 解的问题必须找出其特有的启发式规则，这个启发式规则一般无通用 性，不适合于其他问题。 3 搜索算法寻求一种搜索算法，该算法在可行解集合的一个子 集内进行搜索操作，以找到问题的最优解或者近似最优解。该方法虽 然保证不了一定能够得到问题的最优解，但若适当地利用一些启发知 识，就可在近似解的质量和效率上达到一种较好的平衡。 1 6 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 随着闻题种类的不同以及问题规模的扩大，要寻求- 种能以有限 的代价来解决搜索和优化的通用方法，遗传算法正是为我们提供的一 个有效的途径，它不同于传统的搜索和优化方法。主要区别在于： 1 自组织、自适应和自学习性( 智能性) 。应用遗传算法求解闻题 时，在编码方案、适应度函数及遗传算子确定后，算法将利用进化过 程中获得的信患自行组织搜索。由于基予自然的选择策略为“适者生 存，不适应者被淘汰，因而适应度大的个体具有较高的生存概率。通 常，适应度大的个体具有更适应环境的基因结构，爵通过基因重组和 基因突变等遗传操作，就可能产生更适应环境的后代。进化算法的这 种自组织、自适应特征，使它两时具有憨根据环境变化来自动发现环 境的特性和规律的能力。自然选择消除了算法设计过程中的一个最大 障碍，郎需要事先接述阅题的全都特点，并要说硬针对闻题的不藏特 点算法应采取的措施。因此，利用遗传算法的方法，我们可以解决那 些复杂的毒结构纯润题。 2 遗传算法的本质并行性。 3 。遗传算法不需要求导或其他辅助知识，面只需要影响搜索方向 的目标函数和相应的适应度函数。 莲遗传算法强调概率转换规则，而不是确定的转换规则。 5 遗传算法对给定的问题，可以产生许多的潜在解，最终选择可 以由使用者确定( 在某些特殊情况下，如多匿标优化问题不止一个解 存在，有一组最优解。这种遗传算法对于确认可替代解集而畜是特别 合适的) 。 3 2 遗传算法的流程 遗传算法的一般流程如图3 一l 所示。 第l 步随机产生初始种群，个体数雷一定，每个个体表示为染 色体的基因编码； 第2 步计算个体的适应度，并判断是否符合优化准则，若符合， 输出最佳个体及其代表的最优解，并结束计算；否则转向第三步； 第3 步依据适应度选择蔫生个体，适应度高的个体被选中的概 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 率高，适应度低的个体可能被淘汰； 第4 步按照一定的交叉概率和交叉方法，生成新的个体； 第5 步按照一定的变异概率和变异方法，生成新的个体； 第6 步由交叉和变异产生新一代的种群，返凰到第2 步。 遗传算法中的优化准则，一般依据问题的不同有不同的确定方式。 例如：可以采用以下的准则之一作为判断条件： 1 种群中个体的最大适应度超过预先设定值； 2 。种群中个体的平均适应度超过预先设定值； 图3 一l 遗传算法的一般流程图 3 3 本章小结 主要介绍为什么选用遗传算法，即简单介缨了遗传算法的基本思 想和流程，以及把它与传统算法进行了比较。 服装缝制流水线优化及w 视化技术研究 第4 章服装缝制流水线优化模型的建立及实现 前一章简单介绍了遗传算法的理论知识，本章将重点介绍遗传算 法在服装缝制流水线编排优化设计上的具体应用。 1 应用遗传算法进行工序编排的优化设计； 2 。应用遗传算法进行设备位置的优化摆放。 在此基础上讨论算法设计与实现的若干问题。 4 ，1 工序编排优化 本论文中工序编排模型是在以下条件下进行的。 1 )总加工量q ( 订单的大小) 已知； 2 )各工人对各工序的操作熟练程度已知，且略有不同； 3 )一个工人只傻用一种设备，僵允许存在有几个工人可操作多 种设备，即以机多人； 4 )设各的数量满足流水加工需要； a5 )备工人间半成品传递的时间相等，均为t 运，暂不考虑实防： 距离的长短： 6 )标准加工时间不超过理论节拍上限的工序将认可，超过理论 节拍上限的工序将蒌盆；7 7 )是单一品种的流水线。 在上述条件下将各工序分配给各工人，馒完成该订单的周期最短， 即生产时间最短。 4 1 1 参数初始化 在编排前，首先应对算法中所涉及的各种参数根据实际情况和算 法的需要作初始化设置。即先根据实际情况将标准加工时间超过理论 流水线节拍上限的工序进行拆分，再将工序流程图的信息转化成数据 库( 即工序分析表) 的形式后，从表中得到所需要的参数，包括工序 编号、翔王设备的类型、加工时闻以及各工序之间的先后顺序等，并 对这些参数作相应的初始化，便于传递与调用。 实例说骧： 1 9 服装缝制流水线优化及w 视化技术研究 以图4 1 节选的工序流程图为例，假设有w = 7 个工入。具体说 明参数初始化的过程。 形 图4 - l 带选王洋流程图 先统计出单件产品的总标准加工时间t 簋勰59 2 秒。再根据实际操 作的工人数w - - - 7 得到流水线的理论平均节拍s p ，t = t 蘑w = 59 2 7 = 8 4 6 秒。本文把标准加工时闻超过节拍上限u p t = s p t 95 - - - 8 4 6 0 9 5 墨8 9 1 秒( 这里的9 5 只是根据参考文献【5 】【ll 】采用，本 文来进行深入的研究。此值可根据实际情况进行调整，不影响整个模 型的建立。) 的工序先进行拆分。本例中只有工序17 的标准加工时间 超过u 。p t ，只需对其进行拆分即可。拆分后的工序流程图进行重新 编号，如图4 2 所示。( 由于进行了工序的拆分，本模型只适用于捆绑 式传递的服装厂) 。将工穿流程图的信息转化成数据库( 肆工序分桥 表) ，见表4 1 。分析该表，对所需的参数作如下的初始化操作： 2 0 服装缝制流水线优化及可视化技术研究 7 秒 篮丘过直苴履丘 图4 2 拆分后的工序流程图 1 各工序的先后关系用矩阵进行表示。如下所示： 1 3 a f t e r b e f o r e = 这是个1