陳健信

0 引言

隨著《接觸網(wǎng)靜態(tài)檢測(cè)評(píng)價(jià)方法》、《接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)評(píng)價(jià)方法》發(fā)布，加之站后施工時(shí)間通常被嚴(yán)重壓縮，施工工期、安全、質(zhì)量及成本的管控壓力大大增加，接觸網(wǎng)的施工管理面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的施工技術(shù)和管理模式明顯難以適應(yīng)，急需探索新型高效、實(shí)用的智能化施工管理方法。

升級(jí)改造后的工廠化預(yù)配系統(tǒng)如智能化腕臂預(yù)配平臺(tái)、智能化吊弦預(yù)配平臺(tái)和智能化拉線預(yù)制平臺(tái)，均獨(dú)立運(yùn)作，各工序未實(shí)現(xiàn)集成化[1]。本研究項(xiàng)目在各部分智能化管理的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)更新升級(jí)，優(yōu)化頂層設(shè)計(jì)，從上至下構(gòu)建智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，探索基于遺傳算法構(gòu)建部件智能預(yù)配、自動(dòng)入庫(kù)、自動(dòng)質(zhì)檢分揀、自動(dòng)出庫(kù)及預(yù)驗(yàn)收功能的智能化管理系統(tǒng)。

1 遺傳算法

1.1 遺傳算法應(yīng)用

通過(guò)分析影響智能物料倉(cāng)庫(kù)布局效率的因素，利用蒙特卡洛模擬和遺傳算法等技術(shù)實(shí)現(xiàn)部件預(yù)裝及物流環(huán)節(jié)智能化。相比人工布局，該方法效率比原方法提高了55%～65%。

根據(jù)智能建造中心建設(shè)規(guī)模舉例：布局形式V= 120 m，H= 60 m；共有N= 120個(gè)貨架，單一貨架初設(shè)為v= 2 m，h= 1 m；走行過(guò)道寬d= 1 m。

采用遺傳算法進(jìn)行倉(cāng)庫(kù)布局優(yōu)化，種群設(shè)置：大小P= 100，交叉率C= 0.8，變異率M= 0.2。隨機(jī)生成120個(gè)布局方案作為初始種群。每種布局的方案均為一種貨架設(shè)置方式，由貨架的位置(xi,yi)和方向θi組成（i為貨架編號(hào)，i= 1,2,…,120）。

通過(guò)矩陣編碼，矩陣的每個(gè)元素表示倉(cāng)庫(kù)的一個(gè)單元格，元素的值表示該單元格上是否有貨架，即元素值為0表示該單元格上沒(méi)有貨架，為1表示該單元格上有貨架。

1.2 遺傳算法的迭代優(yōu)解

對(duì)于遺傳算法的迭代，首先計(jì)算每個(gè)布局方案的適應(yīng)度值。假設(shè)適應(yīng)度函數(shù)為f=αEs+βEl，其中Es為存儲(chǔ)效率，El為物流效率，α= 0.5，β= 0.5。存儲(chǔ)效率可以通過(guò)貨架的使用率來(lái)衡量，例如，若一個(gè)布局方案使所有貨架的平均使用率為80%，則Es= 0.8。物流效率可以通過(guò)平均貨物搬運(yùn)距離來(lái)衡量，例如，若布局方案使平均貨物搬運(yùn)距離為10 m，那么El= 1 - 10/W= 0.9（W為倉(cāng)庫(kù)寬度）。

然后根據(jù)每個(gè)布局方案的適應(yīng)度值進(jìn)行選擇操作，選擇P= 100個(gè)布局方案進(jìn)入下一代。在這些布局方案中進(jìn)行交叉和變異操作，生成新的布局方案。

重復(fù)上述過(guò)程，直至達(dá)到預(yù)設(shè)的終止條件，例如，迭代次數(shù)T= 1 000或最高適應(yīng)度值F= 0.95。

得到當(dāng)前模型中適應(yīng)度最高的布局選擇，并對(duì)其進(jìn)行后處理和驗(yàn)證。例如，檢查該布局方案是否滿足所有約束條件，如貨架之間的最小距離、安全通道的寬度等。然后在實(shí)際環(huán)境中測(cè)試該布局方案，驗(yàn)證其存儲(chǔ)效率和物流效率。

2 構(gòu)建智能化裝配倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)

（1）智能倉(cāng)儲(chǔ)是系統(tǒng)后臺(tái)，智能預(yù)配平臺(tái)則為實(shí)際交互的前端，得益于智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的“精準(zhǔn)投喂”，進(jìn)一步將智能化放大，實(shí)現(xiàn)更高效益。利用遺傳算法得到倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的最優(yōu)布局形式，拓展延伸將腕臂平臺(tái)、吊弦平臺(tái)各模塊的布局及取送貨時(shí)間因子作為影響整體智能建造中心布局（圖1）的因素，利用遺傳算法進(jìn)行最優(yōu)布局選擇[2]。

圖1 智能中心布局

（2）構(gòu)建腕臂、吊弦等部件預(yù)配平臺(tái)與智能倉(cāng)儲(chǔ)的無(wú)縫連接系統(tǒng)。該系統(tǒng)依托神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及缺陷檢測(cè)機(jī)器人技術(shù)構(gòu)建智能物料分揀系統(tǒng)，不僅將傳統(tǒng)分揀速度提高2.2～2.5倍，更能同步高速完成缺陷物料檢測(cè)。同時(shí)利用三維掃描和分揀機(jī)器人自動(dòng)將缺陷物料從分揀線剔除，實(shí)現(xiàn)從入庫(kù)源頭精確提升入庫(kù)物料質(zhì)量[3]。全智能分揀系統(tǒng)在分揀效率、分揀精度和缺陷檢測(cè)方面均達(dá)到智能化。此外，在WMS全智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)支撐下，能夠?qū)λ袀}(cāng)儲(chǔ)配件實(shí)時(shí)盤(pán)點(diǎn)，對(duì)短缺配件進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從智能倉(cāng)儲(chǔ)端取料，經(jīng)AGV運(yùn)輸?shù)筋A(yù)配平臺(tái)的自動(dòng)流轉(zhuǎn)，利用機(jī)器視覺(jué)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確裝配，基于遺傳算法進(jìn)行效率優(yōu)選，相比以往，整體組裝效率提升了60%[4]。

（3）開(kāi)發(fā)基于深度學(xué)習(xí)的智能分揀系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)物料的種類(lèi)和表面缺陷。該系統(tǒng)利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)物料圖像進(jìn)行特征提取，然后分類(lèi)判斷物料種類(lèi)。同時(shí)，通過(guò)檢測(cè)圖像中的異常點(diǎn)實(shí)現(xiàn)表面缺陷識(shí)別，如圖2所示。該系統(tǒng)分類(lèi)準(zhǔn)確率達(dá)99%，缺陷識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)95%。

圖2 缺陷識(shí)別

3 智能預(yù)配中心

（1）智能倉(cāng)儲(chǔ)。基于遺傳算法，將分揀系統(tǒng)、缺陷檢測(cè)系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、預(yù)配系統(tǒng)等各模塊信息連通，構(gòu)建可視化、智能化的倉(cāng)庫(kù)智慧調(diào)度平臺(tái)。智能物料系統(tǒng)在廣汕客專(zhuān)接觸網(wǎng)施工項(xiàng)目運(yùn)用以來(lái)，相較于傳統(tǒng)物料倉(cāng)庫(kù)，大大提高了工作效率，減少了材料費(fèi)用、周轉(zhuǎn)時(shí)間和差錯(cuò)，本項(xiàng)目各種費(fèi)用合計(jì)節(jié)約1 015萬(wàn)元以上（以460天工期計(jì)算）。

（2）接觸網(wǎng)腕臂預(yù)配平臺(tái)[5]。接觸網(wǎng)腕臂預(yù)配平臺(tái)包括腕臂精益生產(chǎn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通信系統(tǒng)、平臺(tái)操作系統(tǒng)、6軸機(jī)器人系統(tǒng)、管類(lèi)零件供料系統(tǒng)、腕臂管加工系統(tǒng)、管夾組件系統(tǒng)、專(zhuān)業(yè)螺栓緊固及扭矩反饋系統(tǒng)、自動(dòng)噴碼系統(tǒng)和成品出庫(kù)系統(tǒng)。應(yīng)用該平臺(tái)每組腕臂裝配平均用時(shí)4 min，預(yù)配誤差在2 mm以?xún)?nèi)，較以往人工方式功效提升2.5倍。

（3）吊弦智能預(yù)配平臺(tái)[5]?；贐IM平臺(tái)遠(yuǎn)程控制，吊弦智能預(yù)配平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、帶張力自動(dòng)定長(zhǎng)切斷、零件自動(dòng)送料、自動(dòng)穿線、自動(dòng)收緊、恒壓力帶張力自動(dòng)壓接、自動(dòng)下料、自動(dòng)打印標(biāo)簽。預(yù)配精度在1 mm以?xún)?nèi)，項(xiàng)目運(yùn)作實(shí)際誤差在0.2 mm以?xún)?nèi)，平均功效提升3.2倍。

4 信息化管理

施工智能化管理系統(tǒng)與廣鐵集團(tuán)施工信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連通融合。廣鐵集團(tuán)采用信息化手段實(shí)現(xiàn)施工前置手續(xù)辦理、施工計(jì)劃編制審核、施工現(xiàn)場(chǎng)組織管控的信息化、智能化。施工智能化系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)廣汕客專(zhuān)接觸網(wǎng)施工零事故，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣化物料進(jìn)行全生命周期追溯，每個(gè)部件都有據(jù)可循。

鐵路局信息管理系統(tǒng)知悉現(xiàn)場(chǎng)智能管理系統(tǒng)反映出工程進(jìn)度、質(zhì)量缺陷識(shí)別、階段性工期目標(biāo)、運(yùn)輸協(xié)調(diào)、不同專(zhuān)業(yè)工種施工配合、共享施工天窗等方面需要鐵路局工程建設(shè)指揮部、地方政府部門(mén)協(xié)調(diào)支持的情況，可以高效聯(lián)動(dòng)[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

廣汕客專(zhuān)接觸網(wǎng)施工項(xiàng)目應(yīng)用遺傳算法，從智能裝配倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)打通源頭物料管理，到預(yù)配平臺(tái)突破人工操作制約，再到優(yōu)化組合生產(chǎn)要素，環(huán)環(huán)相扣，提高了建設(shè)與施工溝通時(shí)效，安全、質(zhì)量、工期、成本多目標(biāo)全面創(chuàng)優(yōu)，在同專(zhuān)業(yè)施工管理中起到一定示范作用，可供其他客專(zhuān)項(xiàng)目參考。