柔性包装印刷与智能包装的创新技术研究

### 柔性包装印刷与智能包装的创新技术研究 #### 柔性包装印刷企业生产协作智能决策支持系统设计 在柔性包装印刷企业中，多品种、小批量、短周期以及跨区域需求是其主要产品特征。生产任务包含制版、印刷、复合、分切、制袋、包装等多个流程。当工厂某一工序产能不足或生产成本过高时，就需要选择外包工厂进行生产。而如何将客户个性化订单的生产任务分配到各工厂的机器上进行生产协作，是企业面临的难题。 以往的研究中，部分印刷企业生产调度未考虑运输时间，且多为单工厂生产模式；部分虽考虑了协作工厂和运输时间因素，但未结合印刷企业的生产模式。 ##### 生产协作决策支持模型 当工厂收到定制产品订单时，会将工作分解，得到可由本厂或协作工厂完成的任务集。通过协作生产网络系统发布包含生产、交付等信息的协作生产任务。接着，依据系统的基本信息数据库、模型数据库和知识库，建立协作工厂生产计划模型，利用遗传算法（GA）生成优化生产方案，将生产任务分配给最合适的协作工厂。 该系统采用 Java 系列技术和 MySQL 数据库设计，采用浏览器/服务器（B/S）模式实现客户、订单、计划、材料、设备等管理功能。其中，计划管理主要是利用遗传算法将任务分配到协作工厂的生产机器上，这是柔性包装印刷生产协作智能决策支持系统的核心。 ```mermaid graph LR A[收到定制订单] --> B[分解工作] B --> C[发布协作任务] C --> D[依据数据库建模型] D --> E[遗传算法生成方案] E --> F[分配任务到协作工厂] ``` ##### 决策支持模型中的目标函数 实现生产协作智能决策的关键在于合理地将多个生产任务分配到工厂的机器上进行生产。这里以多个订单的最短生产周期为目标函数，生产周期包括机器生产时间和协作企业之间的运输时间。 假设条件如下： 1. 一项工作的加工操作按设定顺序进行。 2. 同一时间一台机器只能处理一项工作，一项工作完成后才能处理下一项工作。 3. 一项工作在一个操作中的加工过程不会中断，直到该操作完成后才进入下一个操作。 4. 对于一个生产过程，不同企业的不同机器有相同的生产机会获得任务。 设有 N 项工作 J1, J2, …, JN，每项工作按 M 个工序从 P1 到 PM 进行生产，其中工序 Pi 有 Li 台机器，编号为 Mi1, Mi2, …, MiLi（1 ≤ i ≤ M），这些机器分别属于不同的工厂 F1, F2, …。目标函数 f 为： \[f = \min\left(\sum_{j=1}^{N}\sum_{i=1}^{M}(A_{jik}*V_{ik} + TP_{ik} + T_{i})\right)\] 其中，k 是 [1, Li] 中的随机数，$A_{jik}$ 是工作 $J_j$ 在机器 $M_{ik}$ 上的加工数量，$V_{ik}$ 是机器 $M_{ik}$ 的平均生产速度，$TP_{ik}$ 是机器 $M_{ik}$ 的准备时间，$A_{jik} * V_{ik}$ 是机器加工时间。$T_i$ 是从 $P_{i - 1}$ 到 $P_i$ 工序的运输时间，$T_0 = 0$，1 ≤ j ≤ N，1 ≤ i ≤ M，1 ≤ k ≤ Li。 ##### 遗传算法示例 以 9 个食品包装袋工作为例，每个工作包括印刷 P1、复合 P2、分切 P3 和制袋 P4 工序，生产长度分别为 20, 18, 18, 19, 20, 20, 12, 15 和 1