2018数模国赛B题（3.1）完整实现代码

4.3第三种具体情况的求解

4.3.1故障判断和维修时间的确定模型

针对第三种具体情况，我们首先确定故障判断和维修时间的实现。

对于故障判断，我们选择为每一个CNC工作的时刻生成一个从0到100的随机数a，如果生成的随机数a<1，即该时刻会发生故障。

而对于维修时间，我们同样采用了随机数的方法，生成了一个从600到1200的随机数b，b代表该次维修所花的秒数。

4.3.2基于智能RGV动态过程的改进模型

在这个模型中，我们对RGV与CNC赋予了更多的智能，使得它们能够识别故障行为。具体过程为：当利用贪心算法确定最优解时，我们会进行最优解是否故障的判断，如果判断为真，则跳过该解，重新进行利用贪心算法确定优解的步骤。如果判断为假，则按照4.1,4.2的模型继续进行调度。当调度过程进行至上下料完成时刻，我们会对CNC进行一次故障判断，如果判断为真，则进入维修操作，如果判断为假，则重新进行利用贪心算法确定优解的步骤。算法流程图如下图所示：

图7

对于这种模型，我们进行了C++的代码实现，得到了RGV的调度策略和系统的作业效率。针对结果，我们发现故障的发生基本服从泊松过程，且故障发生之后调度策略会发生极大的变化，而产量也会下降，与我们的预期相同。

/*------------------------CNC.h-----------------------*/
#pragma once
class CNC
{
private:
	int number;   //CNC编号
	int position; //CNC位置

	int count;    //CNC剩余工作时间
	int n;        //加工物序列号
	int flag;     //CNC当前状态，1故障，0正常

public:
	CNC(int num, int pos);
	void countdown(int tem);
	friend class RGV;
};
/*------------------------CNC.cpp-----------------------*/
#include "stdafx.h"
#include "CNC.h"

using namespace std;

CNC::CNC( int num, int pos)
{
	number = (num > 0) ? num : ERROR;
	position = (pos >= 0) ? pos : ERROR;
	count = 0;
	n = 0;
	flag = 0;
}

void CNC::countdown(int temp)
{
	if (count > temp) {
		count -= temp;
	}
	else {
		count = 0;
		if (flag) {
			flag = 0; //恢复正常
			cout << "CNC#" << number << "恢复正常" << endl;
		}
	}
}
/*------------------------RGV.h-----------------------*/
#pragma once
#include "CNC.h"

class RGV
{
private:
	int position; //rgv当前位置
	int now_cnc;   //当前目标
	int rgv_flag;  //rgv_flag,1有熟料,0无
public:
	int t_time; //总用时
	int scr_times; //报废次数
	int sum; //加工熟料总数

	RGV();
	void Init(CNC *p); //第一轮初始化
	int posCalculate(int pos1, int pos2); //计算RGV移动时间
	void move(CNC *p); //RGV移动
	void load(CNC *p); //RGV上下料
	void clean(CNC *p);//RGV清洗
	void wait(CNC *p);//RGV等待

	void repair(CNC *p);//RGV故障修复
};
/*------------------------RGV.cpp-----------------------*/
#include "stdafx.h"
#include "RGV.h"

#define STEP1 23
#define STEP2 41
#define STEP3 59
#define CNC_WORKTIME 580
#define CNC1 30
#define CNC0 35
#define CLEAN 30
#define CNCNUMBER 8

using namespace std;

int n = 0;     //加工物序列号

RGV::RGV() 
{
	position = 0;
	now_cnc = 1;
	rgv_flag = 0;
	t_time = 0;
	scr_times = 0;
	sum = 0;
}

void RGV::Init(CNC *p)
{
	CNC* ptr = p;
	for (int i = 0; i < CNCNUMBER; i++, now_cnc++) //所有CNC剩余时间 - rgv移动时间
	{
		int temp = posCalculate(position, (p + now_cnc - 1)->position);
		if (temp) {
			t_time += temp;
			CNC*ptr1 = p;
			for (int i = 0; i < CNCNUMBER; i++, ptr1++) //所有CNC剩余时间 - rgv移动时间
			{
				ptr1->countdown(temp);
			}
		}
		load(p);
		position = (p + now_cnc - 1)->position;
	}
}
int RGV::posCalculate(int pos1, int pos2)//RGV移动时间计算
{
	switch (abs(pos1 - pos2))
	{
	case 3: return STEP3; 
	case 2: return STEP2; 
	case 1: return STEP1; 
	case 0: return 0; 
	default: return ERROR;
	}
}
void RGV::move(CNC *p)//RGV移动
{
	CNC* ptr = p;
	int time1 = 10000;//最少时间
	int time2 = 0;    //当前时间
	int next_cnc = 1;
	for (int i = 0; i < CNCNUMBER; i++, ptr++)
	{
		if (!(ptr->flag)) {
			int postime = posCalculate(position, ptr->position);
			time2 = ptr->count + postime;//CNC工作剩余时间 + RGV移动到当前位置时间
			if (time1 > time2) {
				time1 = time2;
				next_cnc = ptr->number;
			}
		}
		else continue;
	}
	if (now_cnc != next_cnc) {//当前对象不是最优对象，移动
		int temp = posCalculate(position, (p + next_cnc - 1)->position);
		if (temp) {
			t_time += temp;
			CNC*ptr1 = p;
			for (int i = 0; i < CNCNUMBER; i++, ptr1++) //所有CNC剩余时间 - rgv移动时间
			{
				ptr1->countdown(temp);
			}
		}
		position = (p + next_cnc - 1)->position;
		now_cnc = next_cnc;
	}
	//cout << "position" << position << '\t' << "now_cnc" << now_cnc << endl;  //test
	wait(p);
}

void RGV::load(CNC *p)//RGV上下料
{
	CNC* ptr = p + now_cnc - 1; //此处数组下标和CNC编号要注意！
	int temp = 0;

	cout << t_time << '\t' << '\t' << ptr->n << '\t' << '\t' << ++n << '\t' << now_cnc << endl;
	if ((ptr->number % 2) == 1) {
		temp = CNC1;
	}
	else {
		temp = CNC0;
	}
	t_time += temp;
	CNC*ptr1 = p;
	for (int i = 0; i < CNCNUMBER; i++, ptr1++) //所有CNC剩余时间 - rgv移动时间
	{
		ptr1->countdown(temp);
	}

	ptr->n = n;
	ptr->count = CNC_WORKTIME;
	rgv_flag = 1;
}

void RGV::clean(CNC* p)//RGV清洗
{
		sum++;
		int temp = CLEAN;
		t_time += temp;
		CNC*ptr1 = p;
		for (int i = 0; i < CNCNUMBER; i++, ptr1++) //所有CNC剩余时间 - rgv移动时间
		{
			ptr1->countdown(temp);
		}
}

void RGV::wait(CNC* p)
{
	CNC* ptr = p + now_cnc - 1;
	if (ptr->count) {
		int temp = ptr->count;
		t_time += temp;
		CNC*ptr1 = p;
		for (int i = 0; i < CNCNUMBER; i++, ptr1++) //所有CNC剩余时间 - rgv移动时间
		{
			ptr1->countdown(temp);
		}
		ptr->count = 0;
	}
	else return;
}

void RGV::repair(CNC *p)
{
	CNC*ptr = p + now_cnc - 1;
	double rand_num  = rand() % 100;      //生成随机数 
	if (rand_num < 1.0) { //故障概率0.01
		scr_times++;
		cout << t_time << '\t' << n << "号物料报废" << '\t' << "CNC#" << ptr->number << "发生故障" << endl;
		ptr->flag = 1;	//故障
		int repair_time = rand() % 600 + 600;
		ptr->count = repair_time;
	}
	else return;
}
/*------------------------main.cpp--------------------------*/
// main.cpp: 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include "RGV.h"
#include "CNC.h"
#define CNCNUMBER 8
#define TIME 28800
using namespace std;

int main()
{
	RGV rgv;
	CNC cnc[CNCNUMBER] = {
		CNC(1,0), CNC(2,0), CNC(3,1), CNC(4,1),
		CNC(5,2), CNC(6,2), CNC(7,3), CNC(8,3) };
	CNC *pCNC = cnc;
	cout <<"时间" << '\t' << "下料开始" << '\t' << "上料开始" << '\t' << "CNC#" << endl;
	
	/*第一轮
	仅需考虑RGV“移动”和“上下料”动作*/
	rgv.Init(pCNC);
	
	/*第(n+1)轮
	RGV循环“移动”，“上下料”和“清洗”动作*/
	while (rgv.t_time <= TIME) 
	{
		rgv.move(pCNC);
		rgv.load(pCNC);
		rgv.repair(pCNC);
		rgv.clean(pCNC);
	}
	cout << "生成熟料总数：" << rgv.sum-rgv.scr_times << endl;
	cout << "发生故障次数" << rgv.scr_times << endl;
	system("pause");
	return 0;
}