2018年高教社杯全国大学生数学建模竞赛B题解题思路

题目

先贴下B题的题目吧

问题B    智能RGV的动态调度策略

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。

思路

首先，这是一个单个直型轨道式RGV，RGV可在轨道上左右移动来上生料，下熟料。整个问题可看做一个排队论问题。在第一问中，当生料到达时，RGV将每一个生料分别放在两边的CNC上并向右移动，RGV上下货的时间小于CNC处理的时间，因此可循环进行。在第二问中，需要处理的是CNC的加工工序分类和分布情况，通过蒙特卡洛模拟算法，在大量的运算下可确定相对用时时间最短的排序方法。第三问即在模拟的过程中每个CNC加入故障模拟，即出现故障时使参数均为0.

一些假设：
1 传送带运行速度很快，可忽略不计
2 RGV调度系统无故障，可实时知道材料加工情况和小车实时位置

我们需要研究清楚啥是RGV，根据题目描述，可以确定其本质是一种在车间或者自动化立体仓库中沿着轨道运行物料运送工具，不过根据物料数量和类型等因素的影响，RGV在轨道中的行驶路线，行驶的作用机理进行调度，一般问题就是题目中给出的三种情况，这三种情况是最基本的，就是都需要考虑到的，至于其他的可以自己添加(这种添加的会作为创新点)，如多个RGV的调度问题等。对于单个RGV工作重心就变成了对任务点如何进行有效的反馈问题，首先我们可以将每一个物料点的需求当作一个目标点，而将RGV的运行当作一个邮递员，这个邮递员需要跑遍所有的需求点，并且要走一条最短的路径，因此我们可以选用最短路径算法和排队论思想进行调度，用遗传算法，粒子群等模型进行求解，即可得到RGV的运行轨迹和调度情况，如果想做的高大上一点，可以采用优化的遗传算法进行求解。至于其他情况，也就是你必须考虑题目给的三种情况下的其他状况，如多轨道，环形轨道，多台RGV协同运行，也属于一般问题，这就是有能力的同学去涉及了，如避免碰撞，多台联动调度等，如利用双重着色赋时Petri网构建了RGVs系统的实时模型，在对RGV采用最短路径的调度策略后能够提高RGVs系统的存储效率，对于任务2就是直接讲数据带入模型进行计算即可。