技术领域
[0001] 本
发明属于
纺纱智能化领域，涉及一种细纱车间接头小车的调度方法及采用该调度方法的系统。
背景技术
[0002] 细纱是纺织工序的半成品，细纱品质的好坏直接关系织造工序是否能够顺利进行以及面料产品的品质。细纱每千锭的断头率是衡量纺织企业生产
水平的重要指标，细纱生产过程中断头率偏高不仅会导致
纱线产品的品质受到严重影响，还会使回花明显增加，生产效率降低，车间的飞花增多，偶发性纱疵增加，挡车工劳动强度加大，会给
纺纱机器的运作带来不良的影响。因此，企业往往投入大量人工进行巡回检查和处理纱线断头，其中巡回检查占了很大比重，在检查过程中，工人需要来回巡视，劳动强度大，在细纱车间采用接头小车可以大大减少工人劳动强度，提高接头效率。
[0003] 目前细纱车间接头小车一般是通过分析每个断头锭子的断头信息并根据先断先接、就近接头的原则生成路径优化信息，并能够计算每个断头锭子与智能导航车之间的有效长度，无线导航
控制器驱动智能导航车依次到达断头锭子处，例如
申请号为201710865894.4的
专利公开了一种细纱智能
导航系统及导航方法，该方法相比人工接头，可以提高效率，减少工人劳动强度，但并不是最能减少工厂损失的方法，且该方法仅涉及一台智能小车的接头方法。而目前很多工厂细纱车间很大，一台小车并不一定能满足工厂需求。
[0004] 因此，研究一种能够显著减少损失和提高效率的细纱车间接头小车的调度方法具有十分重要的意义。
发明内容
[0005] 本发明的目的是为了解决上述
现有技术中存在的问题，提供一种能够显著减少损失和提高效率的细纱车间接头小车的调度方法及采用该调度方法的系统。本发明的方法可以在减少工人劳动强度和提高效率的同时，最大程度减少工厂的损失，尤其是在细纱车间可完成多个断头与多个接头小车之间的调度。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 细纱车间接头小车的调度方法，将各断头按重要性排序，按重要性递减的顺序逐个确定各断头对应的接头小车，每确定一个断头对应的接头小车后即向该接头小车发送接头任务，同时判断是否出现新断头，若无新断头出现，则继续确定下一个断头对应的接头小车；反之，则对除了已确定对应的接头小车的断头以外的所有断头进行重新排序后重复前述操作；
[0008] 断头j的重要性与pj×yj×tj的值呈正比，pj为断头j对应的细纱的价格，yj为断头j对应的细纱的单锭产量，tj为断头j连续存在的时间，j∈(1,n)，n为断头的总个数，本发明综合各断头对应的细纱的价格、各断头对应的细纱的单锭产量及各断头连续存在的时间考虑各断头的重要性次序，以防部分断头长时间未确定接头小车；
[0009] 断头j对应的接头小车是按照从接到接断头j的任务到完成接断头j的任务所需时间最短的原则确定的，确定断头j对应的接头小车时，计算包含正在执行接头任务的接头小车在内的所有的接头小车从接到接断头j的任务到完成接断头j的任务所需的时间，以用时最短的接头小车作为断头j对应的接头小车；
[0010] 当接头小车接到多个接头任务时，按接到接头任务的先后顺序执行接头任务，接头小车可能是完成前一个任务之后收到下一个任务，也可能是正在执行前一个任务的过程中收到下一个或下几个任务，如接头小车在某时刻有多个未完成的任务，则按照接到接头任务的先后顺序执行接头任务，举例说明，假设接头小车A附近一处I发生断头P，系统将该接头任务分配给接头小车A，在接头小车A执行该任务过程中，其附近处II和III先后发生断头Q和R，其他接头小车距离该处较远，根据计算，接头小车A 为接到接头任务到完成接头任务所需时间最短的接头小车，那么系统将断头Q和R分配给接头小车A，那么接头小车A将在执行完接断头P任务后依次进行断头Q和断头R的接头任务。
[0011] 作为优选的技术方案：
[0012] 如上所述的细纱车间接头小车的调度方法，所述断头是指细纱车间内所有的断头，或者为细纱车间内其中一台或几台细纱机中的断头。本发明的细纱车间接头小车的调度方法既可用于整个细纱车间的断头调度，可也用于细纱车间内部分断头调度。
[0013] 如上所述的细纱车间接头小车的调度方法，确定断头对应的接头小车后、向该接头小车发送接头任务前，该接头小车的状态为非工作状态或工作状态，工作状态是指接头小车正在执行其未完成的接头任务的状态。
[0014] 如上所述的细纱车间接头小车的调度方法，具体流程如下：
[0015] (1)获取初始状态下各断头与接头小车的信息，包括pj、yj、tj、断头的
位置信息、接头小车的位置信息、接头小车的速度信息、接头小车的状态信息以及处于工作状态的接头小车完成其未完成的接头任务所需的时间；
[0016] (2)确定各断头的重要性，按照重要性递减的顺序对各断头从1开始编号；
[0017] (3)令d＝1；
[0018] (4)确定编号为d的断头对应的接头小车，发送接头任务至该接头小车，接头小车执行接头任务；
[0019] (5)判断有无未确定对应的接头小车的断头，如无，则停止；如有，则进入下一步；
[0020] (6)判断未确定对应的接头小车的断头是否全部有编号，如果是，则令d＝d+1，同时更新接头小车的信息，返回步骤(4)；如果否，说明有新的断头出现，则进入下一步；
[0021] (7)更新各断头与接头小车的信息；
[0022] (8)确定所有未确定对应的接头小车的断头(新出现的断头+剩余的断头)的重要性，按照重要性递减的顺序对各断头从1开始编号，返回步骤(3)。
[0023] 如上所述的细纱车间接头小车的调度方法，所述各断头对应的接头小车的确定方法为：针对断头j，分别计算各接头小车从接到接断头j的任务到完成接断头j的任务所需的时间，再进行比较后以其中的最短时间Z对应的接头小车作为断头j对应的接头小车；
[0024] 处于非工作状态的接头小车a(即接头小车a没有未完成的接头任务，处于闲置状态)从接到接断头j的任务到完成接断头j的任务所需的时间为(Laj/va+t0)，其中，Laj为接头小车a从当前位置运行到断头j经过的距离，单位为m，a∈(1,q)，q为接头小车的总数，q的取值最好使得所有接头小车在车间内处于运行的时间之和占所有接头小车的总工作时长之和的95％以上，va为接头小车a的运行速度，单位为m/s，t0为工人完成一个接头所需的时间，单位为s；
[0025] 对于处于工作状态的接头小车b(即接头小车b有未完成的接头任务，其当前正在执行接头任务既包括其当前正在前往接头的路上，也包括其当前正在进行接头操作)，假设其正在执行接断头i0的任务，其还有k个待完成的任务；
[0026] 当k＝0时，接头小车b从接到接断头j的任务到完成接断头j的任务所需的时间为(L"bj/vb+tbs+t0)，其中，b∈(1,q)，L"bj为接头小车b从断头i0运行到断头j经过的距离，单位为m，vb为接头小车b的运行速度，单位为m/s，tbs为接头小车b完成接断头i0的任务所需的时间，单位为s；
[0027] 当k≥1时，按接到任务的先后顺序排列，各任务对应的断头依次为i1、i2...ik-1、ik，接头小车b从接到接断头j的任务到完成接断头j的任务所需的时间为[(Li0i1+Li1i2...Lik-1ik+Likj)/vb+(k+1)t0+tbs]，其中，Lik-1ik为接头小车b从断头ik-1运行到断头ik经过的距离，单位为m，Likj为接头小车b从断头ik运行到断头j经过的距离，单位为m。
[0028] 如上所述的细纱车间接头小车的调度方法，所述接头小车先后对同一细纱机中的不同断头进行接头时沿细纱机的轮廓线运动，所述接头小车先后对相邻两细纱机相邻侧的不同断头进行接头时沿直线运动。接头小车在前往断头位置时一般沿最短距离轨迹运动，也可沿其他的轨迹运动，但沿最短距离轨迹运动所需时间最短，能够减少断头造成的经济损失，任意细纱机间距离均远大于两接头小车并行的宽度，即若一接头小车的最短距离轨迹上有其他接头小车，该接头小车也可沿最短距离轨迹运动。
[0029] 本发明还提供一种采用如上所述的细纱车间接头小车的调度方法的系统，包括安有小车
定位装置和智能系统的接头小车、
数据处理器及安装在细纱机各锭位上的单锭
钢丝圈检测定位装置；
[0030] 所述数据处理器包括数据储存器、
信号处理器及分析
服务器；
[0031] 所述小车定位装置用于实时获取接头小车的位置信息并发送至分析服务器；
[0032] 所述单锭钢丝圈检测定位装置用于实时获取锭位上钢丝圈的回转速度和锭位的位置信息并分别对应发送至
信号处理器和分析服务器；
[0033] 所述信号处理器用于处理锭位上钢丝圈的回转速度得到断头信号并发送至分析服务器；
[0034] 所述数据储存器用于储存pj、yj、接头小车的速度信息、工人完成一个接头所需的时间t0及之前的所有调度方案并发送至分析服务器，数据
存储器中还储存有细纱机各锭位发生断头或弱捻的信息，使工作人员查找各锭位发生断头的次数及位置，方便工作人员查找数据分析断头原因及维护机器，可引入无线通信功能，以实现检测数据的无线传输，方便对生产数据进行数字化管理、
云端存储和云端监控；
[0035] 所述分析服务器用于基于之前的所有调度方案确定各接头小车的状态信息以及处于工作状态的接头小车完成其未完成的接头任务所需的时间，同时结合断头信号和锭位的位置信息得到断头的位置信息，并在收到断头信号后开始计时得到tj，再结合接头小车的位置信息、断头的位置信息、pj、yj、tj、接头小车的速度信息和工人完成一个接头所需的时间t0分析得到调度方案并发送调度指令给智能系统及数据储存器；
[0036] 所述智能系统用于接收分析服务器发出指令并按照指令控制接头小车执行任务。
[0037] 本发明的保护范围并不仅限于此，其他能够实现以上功能的装置也可适用于本发明，其中数据储存器及分析服务器可为一件设备如计算机等，只要保证装置具有以上功能且其之间连接关系无误，即可实现对接头小车的调度。
[0038] 作为优选的技术方案：
[0039] 如上所述的系统，所述智能系统包括显示器和用于驱动接头小车的驱动
电机，所述显示器用于显示任务信息及断头的信息，
驱动电机和显示器分别与分析服务器连接。此处仅列举智能系统的部分装置，本发明的智能系统并不仅限于此，智能系统还可包括
键盘，可通过键盘对数据处理器发送指令更改系统做出的调度，进行人工调度。
[0040] 如上所述的系统，所述单锭钢丝圈检测定位装置包括
电磁感应传感器、锭位定位传感器和指示灯，指示灯的数量为多个，分别安装在不同的锭位上，其中一锭位对应一指示灯；
[0041] 所述电磁感应传感器用于实时获取锭位上钢丝圈的回转速度并发送至信号处理器，电磁感应传感器安装在细纱机上每个锭位的钢丝板上，电磁感应传感器通过电磁感应原理(运动着的带有
磁性的钢丝圈切割磁感线)检测与其对应锭位上钢丝圈的回转速度变化信号，所述锭位定位传感器安装在电磁感应传感器旁，用于获取锭位的位置信息并发送至分析服务器，所述指示灯安装在锭位定位传感器旁，与分析服务器连接，用于发光将断头对应的锭位与其他锭位区分，锭位状态信息包括正常、弱捻和断头，如正常，则指示灯不亮，如速度低于正常速度(弱捻)则指示灯显示黄色，如发生断头钢丝圈停止运动，指示灯显示红色，此外可以用于定位系统精准度问题造成的断头锭位与邻近锭位的位置识别的补充。
[0042] 本发明的单锭钢丝圈检测定位装置中的电磁感应传感器及指示灯均为现有技术，目前的人工接头主要是通过工作人员观察指示灯确定断头位置，然后驱动接头小车达到断头位置进行人工接头的。本发明引入了锭位定位传感器，并将各装置与数据处理器连接，使得数据处理器获取各锭位是否发生断头及断头位置的信息，然后对接头小车进行调度实现自动化调度。在本发明的调度方法中，指示灯并非必不可少的，但指示灯可一定程度上提高本发明的调度方法的容错率，但数据处理器或其他装置出现bug时，工作人员仍然可通过指示灯判断断头位置，进行人工接头，以避免出现bug时接头工作停止，影响工作效率的情况。
[0043] 有益效果：
[0044] (1)本发明的细纱车间接头小车的调度方法，不仅可减少工人劳动强度，减少工人数量，提高接头效率，还可以最大程度减少工厂损失，在细纱车间出现多个断头时实现多个小车的最优调度；
[0045] (2)本发明的采用细纱车间接头小车的调度方法的系统，自动化程度高，操作简便，有着极好的应用前景。
附图说明
[0046] 图1是本发明细纱车间接头小车的调度方法的结构
框图；
[0047] 图2为本发明单锭钢丝圈检测定位装置的结构示意图；
[0048] 图3为本发明中接头小车沿最短距离轨迹运动的示意图；
[0049] 图4为本发明细纱车间多个断头与多个接头小车之间进行调度的示意图；
[0050] 其中，1-
支架，2-电磁感应传感器，3-锭位定位感应器，4-指示灯，5-钢丝圈，6-钢领，7-细纱，8- 纱线筒，9-钢领板。
具体实施方式
[0051] 下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些
实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可对本发明作各种改动或
修改，这些等价形式同样落于本申请所附
权利要求书所限定的范围。
[0052] 细纱车间接头小车的调度系统，结构框图如图1所示，包括安有小车定位装置和智能系统的接头小车、数据处理器及安装在细纱机各锭位上的单锭钢丝圈检测定位装置，数据处理器为计算机，其包括数据储存器、信号处理器及分析服务器；
[0053] 小车定位装置用于实时获取接头小车的位置信息并发送至分析服务器；
[0054] 单锭钢丝圈检测定位装置用于实时获取锭位上钢丝圈的回转速度和锭位的位置信息并分别对应发送至信号处理器和分析服务器，其具体结构如图2所示，包括支架1、安装在支架1上的电磁感应传感器2、锭位定位传感器3和指示灯4，电磁感应传感器用于实时获取锭位上安装在钢领6上的钢丝圈5 的回转速度并发送至信号处理器，锭位定位传感器安装在电磁感应传感器旁，用于获取缠绕有细纱7的纱线筒8的细纱机各锭位的位置信息并发送至分析服务器，指示灯安装在锭位定位传感器旁，与分析服务器连接，用于发光将断头对应的锭位与其他锭位区分，支架1和钢领6安装在钢领板9上；
[0055] 信号处理器用于处理锭位上钢丝圈的回转速度得到断头信号并发送至分析服务器；
[0056] 数据储存器用于储存pj、yj、接头小车的速度信息、工人完成一个接头所需的时间t0及之前的所有调度方案并发送至分析服务器，pj为断头j对应的细纱的价格，yj为断头j对应的细纱的单锭产量，j∈(1,n)， n为断头的总个数；
[0057] 分析服务器用于基于之前的所有调度方案确定各接头小车的状态信息以及处于工作状态的接头小车完成其未完成的接头任务所需的时间，同时结合断头信号和锭位的位置信息得到断头的位置信息，并在收到断头信号后开始计时得到断头j连续存在的时间tj，再结合接头小车的位置信息、断头的位置信息、pj、yj、tj、接头小车的速度信息和工人完成一个接头所需的时间t0分析得到调度方案并发送调度指令给智能系统及数据储存器；
[0058] 智能系统用于接收分析服务器发出指令并按照指令控制接头小车执行任务，智能系统包括显示器和用于驱动接头小车的驱动电机，显示器用于显示任务信息及断头的信息，驱动电机和显示器分别与分析服务器连接。
[0059] 采用上述系统的细纱车间接头小车的调度方法，具体为：
[0060] (1)获取初始状态下各断头与接头小车的信息，包括pj、yj、tj、断头的位置信息、接头小车的位置信息、接头小车的速度信息、接头小车的状态信息以及处于工作状态的接头小车完成其未完成的接头任务所需的时间，断头是指细纱车间内所有的断头，或者为细纱车间内其中一台或几台细纱机中的断头，接头小车的状态为非工作状态或工作状态，工作状态是指接头小车正在执行其未完成的接头任务的状态；
[0061] (2)确定各断头的重要性，按照重要性递减的顺序对各断头从1开始编号，断头j的重要性与pj×yj×tj的值呈正比；
[0062] (3)令d＝1；
[0063] (4)按照从接到接断头d的任务到完成接断头d的任务所需时间最短的原则确定编号为d的断头对应的接头小车，发送接头任务至该接头小车，接头小车执行接头任务，具体计算方法如下：
[0064] 分别计算各接头小车从接到接断头d的任务到完成接断头d的任务所需的时间，再进行比较后以其中的最短时间Z对应的接头小车作为断头d对应的接头小车；
[0065] 处于非工作状态的接头小车a从接到接断头d的任务到完成接断头d的任务所需的时间为(Lad/va+ t0)，其中，Lad为接头小车a从当前位置运行到断头d经过的距离，单位为m，a∈(1,q)，q为接头小车的总数，va为接头小车a的运行速度，单位为m/s，t0为工人完成一个接头所需的时间，单位为s；
[0066] 对于处于工作状态的接头小车b，假设其正在执行接断头i0的任务，其还有k个待完成的任务；
[0067] 当k＝0时，接头小车b从接到接断头d的任务到完成接断头d的任务所需的时间为(L"bd/vb+tbs+t0)，其中，b∈(1,q)，L"bd为接头小车b从断头i0运行到断头d经过的距离，单位为m，vb为接头小车b的运行速度，单位为m/s，tbs为接头小车b完成接断头i0的任务所需的时间，单位为s；
[0068] 当k≥1时，按接到任务的先后顺序排列，各任务对应的断头依次为i1、i2...ik-1、ik，接头小车b从接到接断头d的任务到完成接断头d的任务所需的时间为[(Li0i1+Li1i2...Lik-1ik+Likd)/vb+(k+1)t0+tbs]，其中，Lik-1ik为接头小车b从断头ik-1运行到断头ik经过的距离，单位为m，Likd为接头小车b从断头ik运行到断头d 经过的距离，单位为m；
[0069] (5)判断有无未确定对应的接头小车的断头，如无，则停止；如有，则进入下一步；
[0070] (6)判断未确定对应的接头小车的断头是否全部有编号，如果是，则令d＝d+1，同时更新接头小车的信息，返回步骤(4)；如果否，说明有新的断头出现，则进入下一步；
[0071] (7)更新各断头与接头小车的信息；
[0072] (8)确定所有未确定对应的接头小车的断头(新出现的断头+剩余的断头)的重要性，按照重要性递减的顺序对各断头从1开始编号，返回步骤(3)。
[0073] 如图3所示，接头小车先后对同一细纱机中的不同断头A和B进行接头时沿细纱机的轮廓线运动，接头小车先后对相邻两细纱机相邻侧的不同断头B和C进行接头时沿直线运动。
[0074] 使用本发明上述方法进行细纱车间接头小车的调度，如图4所示，图中实心圆点代表断头，实心方形代表接头小车，图中各距离仅用来说明本发明方法。图中，接头小车实际运动轨迹为沿虚线方向进行运动。
[0075] 假设：
[0076] 接头小车1到断头1距离为25m，到断头2距离为40m；
[0077] 接头小车2到断头1距离为50m，到断头2距离为10m；
[0078] 接头小车3到断头1距离为3m，到断头2距离为47m，从断头1运行到断头2经过的距离为40m；
[0079] 接头小车3正在执行接断头3任务，完成接断头3任务所需时间tbs为2s；
[0080] 接头小车的运行速度v为5m/s，工人完成一个接头所需的时间t0为10s。
[0081] 若断头1的重要性大于断头2，且无新断头出现，则按下面的步骤确定断头1和断头2对应的接头小车：
[0082] (a)为断头1调配接头小车；
[0083] 计算空闲小车1和2的最小值：
[0084]
[0085] 计算正在执行任务小车3的最小值：
[0086]
[0087] z＝Min{Z1,Z2}＝{15,12.6}＝12.6；
[0088] 因此，把断头1分配给小车3；
[0089] (b)为断头2调配小车；
[0090] 计算空闲小车1和2的最小值：
[0091]
[0092] 计算正在执行任务小车3的最小值：
[0093] 假设其完成接断头3任务还需1s时间，由于小车3已经收到了接断头1,任务，因此其需要完成接断头1任务才能去接断头2，其接断头1任务需要的时间为其由当前位置运行到断头1所需的时间与t0之和，其完成接断头1任务后再去接断头2需要的时间为其由断头1运行至断头2所需的时间与t0之和：
[0094]
[0095] z＝Min{Z1,Z2}＝{12,29.6}＝12；
[0096] 因此，把断头2分配给小车2。
[0097] 经验证，本发明的调度方法及采用该方法的系统可快速进行接头小车的调度，完成多个断头的快速接头，大大减小了工人劳动强度，提高了接头效率，实现了细砂车间出现多个断头时，多个小车的最优调度，极具应用前景。
