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仓储立体库纱锭智能配重打包要领研究

来源：本站 | 宣布日期：2023-02-23

0 引言

目前市场对纺织品的需求不绝增大，纺织企业为适应多变的市场需求，生产规模也在不绝扩大。古板货仓的纱锭分拣模式无法满足现在多种类、多颜色、大都目的需求，过大的生产规�；岜⑿矶嗫獯�。人工或半自动打包配重泯灭人力财力，增加企业本钱，无法满足多种类大批量的生产方法。本文提出的智能立体货仓是将古板货仓与盘算机结合，通过控制治理纱锭收支库，使较大都量纱锭缓冲抵达动态平衡[1]。纱锭受纺织车间温度湿度情况影响，重量轻重纷歧。人工操控络筒机流水线使得纱锭平均重量有差别，无法抵达配重打包误差要求[2]。

纱锭智能配重打包技术今日已十分广泛，不少相关人员都对自动配重打包进行相关研究。德国Neuenhauser公司用托盘包装纱锭[3]，设计出能使纱锭从络筒机到纱锭打包的自动化流程，可是该流程打包机价格腾贵、占地面积大。秦岭对纱锭输送方法进行剖析[4]，设计出多品种纱锭的分拣装置，但没有对整包纱锭实现重量控制。谢楠等[5]接纳下料、输送、打包、码垛等工序对纱锭包装控制，可是没有控制对整包纱锭重量的剖析。Kim等[6]接纳排序算法和聚类算法结合的方法应用于智能货仓货物分拣和最短路径优化。目前海内外缺少针对较大都量纱锭自动配重打包系统的计划，本文为解决纱锭自动配重打包分拣效率低下、分拣历程庞大的问题。设计一种立体库智能配重系统，可有效解决人工配重费时辛苦问题，显著提高分拣效率，并能凭据纱锭工艺流程要求自动调理分拣时间，大大提高企业生产效率。

1 货仓智能配重计划设计

纺织市场对纱线打包质量要求越来越高，古板配送系统较难满足实际需求。本文设计了纱锭全自动配重打包系统，实现了纱锭从取料、运送、检测分拣、称重打包全自动历程。系统事情流程如图1所示。由络筒机、吹尘机构、检测机构、分拣机构、配重系统、货仓调理系统、码垛打包系统组成[7]。

图1 纱锭自动配重打包流程图

图1 纱锭自动配重打包流程图  


纱锭自动配重打包的事情流程为：当纺纱机完成纠葛纱锭后，纱锭经下纱机构排列安排在生产传送线上。吹尘机构从四周排气，降低粘黏在纱锭上的粉尘等杂质。通过检测系统判断单个纱锭颜色、瑕疵，由动态称重系统对每个纱锭称重纪录并套袋标签。上位机识别纱锭种类，如果异常则分拣。码垛机械人将检测套袋后及格的纱锭依次入库，实现立体货仓缓存。配重系统匹配合适重量的纱锭出库，使整包重量满足要求。最后打包系统将薄膜笼罩并热熔塑封，纱锭套袋。

2 纱锭配重要领

2.1 配重原则

凭据纺织企业要求，单个纱锭平均重量m=3.125kg，与平均重量相差5%以内都可算及格的纱锭，及格纱锭重量区间为（2.969kg,3.281kg）。按8个纱锭打包成整包，完成整包纱锭包装后总重量为M=25kg，误差为总重量的1%即δ=250g。整包纱锭在打包后总重量在误差规模内，应市场需求总重量及格规模为[M-δ,M+δ]，δ为误差精度。

2.2 纱锭排列组合算法

纱锭配重算法的优劣直接影响配重的时间庞漂后和打包组合效率，可以为纺织企业节省大宗原质料，有十分重要的意义。凭据企业需求设计出的立体货仓可缓存3000的纱锭，即总量最大为Nmax=3000个，从N个纱锭重选择组合8个纱锭有CN8个计划。若8个总质量在误差规模[M-δ,M+δ]内，可由码垛机械人取出，若总质量不切合要求，则机械人不取纱锭并从N中重新组合。然后从剩下的（N-8x）纱锭中继续组合（x为组合次数）依次循环。接纳直接排列组合优点使简单明了，可是缺点是组合随机性太大，重量偏小或偏大的纱锭往往不可组合最优值。再者当纱锭剩下一定的余量时，重量始终无法组合[8]。运行流程图如图2所示：（流程图中i体现循环次数；I体现最大循环值）

图2 纱锭组合排列法流程图

图2 纱锭组合排列法流程图 


2.3 重量配对法

纱锭数组直接排列组合庞漂后很是高，在实际操作中纱锭组合乐成率低；组适时间长，故不接纳此要领而是接纳轻重纱锭配对的要领。首先将货仓中的纱锭由小到大排序，由于数据规模较大，数组不绝变革且没有确定值，所以接纳速度最快的快速排序算法�？焖倥判蛩惴ǖ乃枷胧茄≡褚桓龌�，然后将所有比它小的数都放到它前面，所有比它大的数都放到它后面。通过一次快速排序将排列数据支解成独立两部分，其中一部分所有数据都比另外一部分所有数据都小。再按此要领对两部分数据划分快速排序，以此抵达整个数组都酿成有序数组。厥后的入库纱锭数组则直接插入在有序数组中。然后将纱锭按给定区间分类，纱锭的及格重量区间为（p,q），重量比p小的统称较轻纱锭，重量比q大的统称较重纱锭。

图3 重量配对法流程图

图3 重量配对法流程图 


将排序好的纱锭按重量分若干个区间（p-nr,p-(n-1)r),(p-(n-1)r,p-(n-2)r）…（p,q）…（q+(n-2)r,q+(n-1)r)(q+(n-1)r,q+nr）。其中r体现区间间隔，n体现分的区间数[9]。如果选出的第N个纱锭是及格区间的纱锭，则选择第N+1个纱锭是也为及格区间的纱锭；如果选出的第N个纱锭是较重区间的纱锭，则第N+1个纱锭时要从较轻的对应区间选择，包管轻重纱锭两两配对。将货仓中的纱锭每2个配对一组，选择每4组纱锭轻重中和，误差较小的打包成一袋。接纳重量配对法优点是算法庞漂后低，配对速度快。缺点是无法包管轻重区间的纱锭能一一对应，会剩余较多或轻或重的纱锭无法配对[10]。

运行流程图如图3所示。

2.4 革新的回溯配对算法

革新的回溯配对算法的基本思想是[11]，凭据区间顺序依次确定每个纱锭的重量，按要求把8个纱锭打包成一包，可假定成8个空位置。首先为第一个空位置选择满足约束条件的第1个纱锭数据，即N=1。然后再为下一个位置确定合适的纱锭数据，以此类推，直到确定了所有纱锭位置。在这一历程中，可能会泛起这样的情况:即无法为第N个位置找到满足约束条件的纱锭数据。这说明其前面已安排纱锭数据需要进行调解，因此可以先考虑将第N-1个位置选择一个满足约束条件的纱锭数据，如果第N-1个位置无法寻找到一个满足约束条件的纱锭数据，则可以进一步向前调解第N-2个纱锭的数据，以此类推，之后再为第N个空位置寻找满足约束条件的纱锭数据。以这样的方法进行下去，最终可以包管所有纱锭总重量在误差规模内。运行流程如图4所示。

假设第一个空位置选择的是轻纱锭，第二个空位置则选重纱锭，一直到给定的第N个位置。判断前N个纱锭平均重量是否偏轻，如果前N个纱锭平均质量比标准纱锭重量轻，再为第N+1个空位置选择较重区间的纱锭，按一轻一重的模式依次确定列位置的数值，直到所有位置都满足约束条件要求。如果找不出第N+1个切合要求的纱锭，则说明第N个纱锭误差过大不可进行配对，从相邻区间重新选择纱锭[12]。

图4 回溯配对法流程图

图4 回溯配对法流程图   


使用回溯法解决纱锭配重问题的办法如下所示:

(1）针对所给问题，界说问题的解空间：配重问题的解空间为所有能满足误差的纱锭数据组合。

(2）确定易于搜索的解空间结构：本文接纳的空间树是子集树，有n2个叶结点。

(3）确定搜索方法：以深度优先方法递归地搜索解空间，并且在搜索历程中使用剪枝函数制止无效搜索，提高搜索效率[13]。

其中，我们需要横向的遍历（即第一个数据从1,2,3,4······k挨个寻找），还需要纵向的遍历（添加第一个空位置，···，直至第n个空位置），每一层的纵向遍历都需要经历横向搜索。k代表横向长度，n代表纵向深度。

3 实验结果剖析

为验证设计的配重计划的可行性，针对多个差别规模的货仓库存，由革新的配重算法给出最优组合计划。实验数据如下：凭据某企业随机两批生产的1000个纱锭重量为实验工具，纱锭重量区间如图5直方图所示。

图5 纱锭重量漫衍直方图

图5 纱锭重量漫衍直方图 


可以看出大部分纱锭重量集中在（2.8,3.4），为了简化数据处理，获得差别的货仓库存量。纱锭重量近似看成正太漫衍，其均值μ为纱锭平均重量m=3.125kg，方差为σ2。纱锭重量笼罩更广的规模，同时平均漫衍，按重量配对法划分若干个区间。

为了直观地体现算法的配重组合能力，本文提出配合组合比率的评价指标，其配重比率R的盘算要领：

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其中，n体现打包乐成的纱锭数；N体现总的纱锭库存数。把组合排列算法记为要领1，重量配对法记为要领2，革新的回溯配对法记为要领3。将数据输入配重程序，经仿真实验获得的配重比率表1所示：

  

表1 差别要领配重比率  



表1 差别要领配重比率

凭据表中结果可知，配重算法对纱锭配重效率影响较大，其中要领3的配重效率最高，抵达80%。说明革新的回溯配重法针对货仓收支库的纱锭配重有很好的效果。当泛起配重率低的情况，可以通过增大货仓库存量缓解。

4 结语

本文在剖析海内外纱锭配重环节现状与问题的基础上，结合现阶段的市场需求，提出了一种自动配重运输打包的智能货仓系统，确定了配重计划和配重组合算法，使整包纱锭重量控制在较小误差规模内。通过理论剖析和实验仿真，结果标明配重比率趋于稳定且配对乐成率达97%。相较于人工配对，算法配对大幅提高生产效率，降低本钱。设计的纱锭立体货仓流程能自动高效地完成收支库配重套袋的事情，从基础上解决企业配重的技术难题，具有很好的应用前景。


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