(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111519265.9 (22)申请日 2021.12.13 (71)申请人 中国航空规划设计 研究总院有限公 司 地址 100088 北京市西城区德外大街12号 (72)发明人 张超　李慧　 (74)专利代理 机构 中国航空专利中心 1 1008 代理人 陈宏林 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 30/25(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种航空发动机总装脉动装配线的站位平 衡设计方法 (57)摘要 本发明是一种航空发动机总装脉动装配线 的站位平衡设计方法， 该方法包括6个步骤： 航空 发动机总装 脉动装配线平衡工艺条件输入、 作业 安排规则设定及校验、 粒子群编码、 粒子群解码、 动态构建有向无环网络图模块、 粒子群逆向差分 进化， 本发明通过变异算子、 交叉算子、 选 择算子 和逆向跃迁算子， 结合种群演化状态 监测及扰动 施加， 使粒子群在高维解空间迭代进化并最终找 到最优解。 本发 明降低了航空发动机脉冲移动装 配生产线设计的复杂 度， 智能化达成最优的各装 配站位作业 分配， 适应站位内并行作业和工序对 所分配的站位有约束的情景， 同时使各站位作业 最大节拍最小化， 兼顾总时长均衡， 最大化生产 效率。 权利要求书2页 说明书10页 附图1页 CN 114357861 A 2022.04.15 CN 114357861 A 1.一种航空发动机总装脉动装配线的站位平衡设计方法， 其特征在于： 该方法的步骤 如下： 步骤一、 总装脉动装配线站位平衡工艺条件输入， 用于构建装配作业优先图、 结构化装 配工序工时和装配人数需求， 形成最优化的目标函数， 即最大节拍最小化和站位作业时间 标准差最小化； 包括： 1.1装配作业优先图构 建， 用于读取由单项作业序号、 单项作业名称、 单项作业耗时、 单 项作业人数需求、 工序作业间 “紧前‑紧后”约束关系所构成的问题输入文件， 完成装配作业 优先图创建； 1.2工序作业 “紧前‑紧后”约束校验， 用于创建作业优先图后， 对优先图的正确性和有 效性进行检验， 判据是检验是否为有向无环图， 站位平衡要求作业优先图必须为有向无环 图； 步骤二、 工序作业安排规则设定及校验， 用于读取工序作业安排的倾向性规则， 并在粒 子群进化过程中校验各站位的作业安排是否符合各站位的偏好设定， 并对 粒子的目标函数 值施加惩罚或奖励措施； 将待分配到 工作站位的某项工序与某工作站的匹配关系分成4类： 第一类： 匹配关系的特 征值取“‑1”时， 表示该工序可分配到任意工作站位， 不做约束； 第二类： 特 征值取“0”时， 表示该工序不允许 出现在某工作站位； 第三类： 特 征值取“1”时， 表示该工序应该在且只能在某工作站位； 第四类： 特征值取 “2”时， 表示该工序推荐存在于某工作站位。 通过读取作业安排规则 文件， 完成规则设定； 读取作业安排规则文件后， 对规则设置的逻辑一致性进行校验， 校验规则为： 一项特定 工序的特征值 “1”只允许出现一次； 一项工序存在强制工作 站位绑定关系时， 它在其余工作 站位的特征值必须为 “0”； 一项工序存在推荐的对应工作 站位时， 推荐的次数必须小于工作 站总数； 步骤三、 粒子群编码， 用于装配作业序列编码为N个浮点数构成的权重序列， 粒子群中 每个粒子由与装配作业序列等长度的浮点数编码所构成， 以浮点数组的形式表达一个粒 子； 步骤四、 粒子群解码， 基于浮点数编码方式， 视粒子所带有的浮点数序列为权重序列， 采用带权重的零入度拓扑排序算法将装配作业优先图映射为一个拓扑排序， 任意浮点编码 都可解析为可行作业序列， 既不违背工序作业 “紧前‑紧后”关系约束， 同时也将一个离散优 化问题映射为一个连续空间的优化问题， 然后将拓扑排序后的作业分配到工作站中。 根据 给定的工作 站数量， 用节拍时间来控制工作 站作业分配， 此时根据工作 站位内作业面大小， 区分为2种情景： 第一种、 串行作业情景， 即工作站位作业面狭小， 仅够单人完成某项工序作业。 采用迭 代式站位分配算法将拓扑排序后的工序作业分配到各工作站中； 第二种、 进行并行作业的情景， 即工作站位作业 面空间支持多人并行完成工序作业； 步骤五、 动态构建有向无环网络图， 根据分配到站位内的作业及原始的作业 “紧前‑紧 后”约束关系， 动态创建有向无环图， 并通过深度优先搜索， 得到各站位的关键路径时长； 步骤六、 粒子群逆向差分进化， 通过变异算子、 交叉算子、 选择算子和逆向跃迁算子， 结权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114357861 A 2合种群演化状态监测及扰动施加， 使粒子群在高维解空间迭代进化并最终找到最优解。 2.根据权利要求1所述的航空发动机总装脉动装配线的站位平衡设计方法， 其特征在 于： 步骤六中所述的粒子群逆向差 分进化中， 逆向差 分进化算法完全摈弃粒子速度概念， 算 子直接对粒子位置发生作用。 3.根据权利要求2所述的航空发动机总装脉动装配线的站位平衡设计方法， 其特征在 于： 步骤六中所述的粒子群逆向差 分进化中的变异 算子为某个粒子变异后的位置向量为粒 子群中3个随机选择的粒子a、 b、 c进行线 性运算得到， 计算公式为 其 中， F为波动系数。 4.根据权利要求2所述的航空发动机总装脉动装配线的站位平衡设计方法， 其特征在 于： 步骤六中所述的粒子群逆向差 分进化中的交叉算子为采用粒子位置向量各维度的选择 性交叉来增加种群的多样性， 交叉概率取值为0.4 ‑1区间， 并确保粒子位置向量至少有1维 发生交叉操作。 5.根据权利要求2所述的航空发动机总装脉动装配线的站位平衡设计方法， 其特征在 于： 步骤六中所述的粒子群逆向差分进化中的选择算子为获得种群{Xi}及{Ui}后， 需要从两 个种群的并集中决定t+1代Pn个粒子的构成， 择优原则为使目标函数最优。 6.根据权利要求2所述的航空发动机总装脉动装配线的站位平衡设计方法， 其特征在 于： 步骤六中所述的粒子群逆向差 分进化中的逆向跃迁算子是在一次迭代过程中， 种群S 完 成变异、 交叉、 选择算子后， 当产生的随机数满足跃迁概率Jr时， 按 计算种群 的逆向种群 从 中选择Pn个最优粒子 。 7.根据权利要求6所述的航空发动机总装脉动装配线的站位平衡设计方法， 其特征在 于： 步骤六中所述的粒子群逆向差分进化中的计算逆向粒子时， 其第j维变量的最大、 最小 值 基于粒子的当前位置状态动态计算。 8.根据权利要求2所述的航空发动机总装脉动装配线的站位平衡设计方法， 其特征在 于： 步骤六中所述的粒子群逆向差 分进化中， 随着粒子群迭代的深入， 种群多样性的匮乏将 导致进化停滞， 用平均粒距观测粒子群在空间分布的聚集程度， 当种群平均粒距小于某阈 值， 或全局极值较长迭代次数无变化时， 对种群中部 分粒子按一定的概率[ 0.1,0.3]执行扰 动操作。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114357861 A 3