[发明专利]一种面向选择性激光熔融工艺的增材制造单机调度方法

说明书

本发明涉及一种面向选择性激光熔融工艺的增材制造单机调度方法。该方法提出了以极小化零件的单位体积生产成本为优化目标的单目标数学模型，在此基础上基于分布估计算法在生产调度等组合优化问题中表现出的优异性能，结合邻域搜索策略用于求解考虑零件构建方向的增材制造单机调度问题，在算法中，提出了一种包含零件排序、作业分配以及零件构建方向的实数编码方式，并在此编码基础上，通过概率随机抽样生成种群，在此基础上通过对精英种群进行采样更新概率模型，为了保证种群多样性，避免局部最优，在每一代精英种群生成后，通过邻域搜索对精英种群中的个体进行局部的调整，使算法跳出局部极值，寻找更好的解。

技术领域

本发明属于生产制造技术领域，具体涉及一种面向选择性激光熔融工艺的增材制造单机调度方法。

背景技术

增材制造(additive manufacturing，AM)技术是指利用计算机辅助设计通过逐层添加材料的方式制造实体零件的技术，在其发展过程中也被称为快速原型技术、3D打印技术。常用的增材制造技术可大致分为：熔融沉积成形(fised deposition modeling，FDM)、光固化成形(stereo lithography apparatus,，SLA)、选择性激光熔融(selective lasermelting，SLM)等。其中，SLM工艺因为其具备制造可直接使用的金属零部件的能力，是目前发展最快、应用前景最好的技术之一，在航天航空、生物医疗及工业模具领域都有广泛的应用。随着增材制造技术不断的发展与成熟，越来越多的被用于工业生产当中，出现了一系列诸如Quickparts、3D Hubs以及Shapeways等大型的提供增材制造生产服务的供应商，随着客户订单的增多，对于相关调度的需求也越来越迫切。近年来，增材制造生产调度的研究引起了国内外学者的重视。

增材制造调度问题类似于传统的装箱问题，在生产过程中，通常一个AM机器可以加工多个零件，且机器的容量有限，不同之处在于，AM调度还需要考虑零件的交货期,生产时间，零件构建(打印)方向等约束，并且在要求精度较高的零件生产加工时零件一般是一层放置，因此在约束中更多考虑的是零部件占有的生产面积而不是零件的体积，不同零件的组合将会影响生产的时间以及成本。

目前关于增材制造调度的研究只考虑了零件的体积以及机器的容积，交货期等因素，且假设零件只有单一的构建方向，很少考虑零件不同的构建方向对调度的影响。然而，许多文献表明，零件在满足工艺以及客户的需求时，通常有多种构建方向可供选择，而不同构建方向零件的组合对于加工时间会有很大的影响，这是由于增材制造的加工时间受到加工平台上零件高度的影响，特别对于SLM工艺而言这点尤为显著。因此，有必要研究考虑到零件构建方向的面向SLM工艺的增材制造调度问题。这类调度问题更加符合工业实际生产的情况，具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向选择性激光熔融工艺的增材制造单机调度方法，为解决分布估计算法容易陷入局部极值的问题，提出了邻域搜索策略，设计了一种改进的分布估计算法进行模型求解，在保证零件交货期的情况下，得出零部件在增材制造设备上的加工组合以及加工顺序。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种面向选择性激光熔融工艺的增材制造单机调度方法，首先，构建以极小化所有零件的单位体积生产成本为优化目标的单目标数学模型；而后，通过结合邻域搜索策略改进的分布估计算法求解考虑零件构建方向的增材制造单机调度问题；在改进的分布估计算法中，采用包含零件排序、作业分配以及零件构建方向的实数编码方式，通过概率随机抽样生成种群，并通过对精英种群进行采样更新概率模型，在每一代精英种群生成后，通过邻域搜索对精英种群中的个体进行局部的调整，使算法跳出局部极值，寻找最优的考虑零件构建方向的增材制造单机调度问题的解。

在本发明一实施例中，所述以极小化所有零件单位体积生产成本为优化目标的单目标数学模型如下：

s.t.