2022雪浪云-汽车全厂排产优化赛冠军方案分享！

Datawhale干货

竞赛：冠军方案分享，作者：LX

赛题背景

一辆汽车的制造需要完成焊装、涂装、总装三大工艺，经过焊装车间、涂装车间、总装车间。各车间存在上下游关联关系，每个车间有自己的优化排序目标，需要综合考虑多种复杂的排序规则及工艺约束，制定合理的混流装配排序计划，通过对车身序列进行排序优化，从而保证生产物料消耗的均衡性以及各个生产工位的负荷均匀化等。

比赛地址：https://www.xuelangyun.com/#/cdc

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赛题需要优化车辆进入生产的顺序，使得车出总装顺序能够满足生产目标（如既定出厂顺序计划、完工时间等），即如何找到使出厂（出总装）车辆顺序符合生产目标的入厂（进焊装）车辆顺序，使得汽车在每个车间的优化目标尽可能小。

本次比赛共有100个数据集，数据量从103至2776条数据，数据如下所示。选手需要设计算法优化该问题，对每个数据集依次进行优化，得出优化后的序列；最终得分为每个数据集的优化序列上传到报名网站计算得出的HV值之和。

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赛题建模

出题方给出了焊接车间、油漆车间、总装车间及总时间四个优化目标的描述，需要选手转化为数学问题进行建模，建模的准确与否决定了线下与线上得分的一致性。以下为每个目标的建模过程：

焊接车间

建模描述：

目标f1 的建模非常容易，直接计算切换次数即可，焊接时间建模需要考虑设备切换时间，根据赛题描述，每个切换位置的切换时间与前面连续的车辆数相关，依次计算每个切换位置的切换时间后，与焊接车辆时间相加即可计算焊装车间平均每辆车所需的焊接时间。

油漆车间

建模描述：

当车进入涂装车间时，固定5辆车或颜色切换清洗喷头，目标f2为偏向颜色以5的倍数生产；
切换生产涂装一辆车分为涂装车身和车顶，分别耗时40s，清洗喷头耗时80s。喷漆顺序为：先喷车顶再喷车身。若一辆车车顶与车身颜色不同，则认为需要颜色切换，即需要额外清洗喷头，若一辆车车身颜色与下一辆车顶颜色不同，也认为需要颜色切换。相邻两辆车在喷漆过程中若发生了颜色切换就认为颜色不连续。

根据赛题描述，f2 只需考虑车顶颜色与车身颜色连续车辆，油漆车间时间计算需要考虑喷头切换。如下3个case，统计连续喷涂车辆组后即可计算出f2，需要注意的是case2和case3的优劣比较，线上提交后分析得出case3优于case2。

总装车间

建模描述：

f3 建模对不满足要求的四驱车进行计数即可。

总耗时

总耗时f4 为焊接车间、油漆车间、总装车间耗时累加。

数据分析

目标f1 和f2 存在矛盾，二者不能同时达到最优，如case1车型切换3次但油漆颜色连续性最优，case2车型最优但油漆连续性不好；
焊接设备切换次数少时，焊接耗时也更少；同时油漆喷头切换次数少时，油漆车间的连续性通常也更好；因此 f1, f2和f4 有很强的正相关性，即 f1, f2取得较优值时，f4 也较优；
f3 理论上和其他目标均不矛盾，在满足其他目标的基础上合理插入四驱车即可；
从case4可以看出车顶为99(石黑色)的车可根据车身颜色插入油漆连续车组前，以减少喷头切换次数；
车顶为7(闪耀黑)&车身为1(探索绿)的车出现时，f2 和f4 存在矛盾；如case4油漆颜色连续性好，喷头切换6次，case5油漆颜色连续性差，喷头切换5次。