一种考虑组装工艺的自动化立体仓库调度方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑组装工艺的自动化立体仓库调度方法，以“智能制造2025”为出发点，将组装工艺等工业现场约束引入到仓库调度环节，并依据要优化的目标建立了带约束条件的仓库调度优化模型，采用布谷鸟算法对该模型进行求解，并针对布谷鸟算法自身的一些不足进行了改进：提出随机数编码技术，使其能够求解离散域优化问题；其次，提出的发现概率自适应策略不仅保留了较好的鸟巢，而且改进了种群的多样性，提高了算法搜索的广度；再则，提出的步长动态调整策略能够引导算法向最优或次优方向，提高了算法搜索的深度；最终求出在收敛精度及收敛速度上都有较好的效果的优化解。本发明专利技术不仅提高了产品的组装效率，而且提升了组装车间的智能化水平。

Automated warehouse scheduling method considering assembly process

The invention relates to an automatic warehouse scheduling method of assembly process, 2025 \as the starting point to\ intelligent manufacturing, assembly process industrial field constraint is introduced into the warehouse scheduling link, and according to the goal of optimization is established with constraint optimization model of warehouse scheduling, the cuckoo algorithm is used to solve this model, and some problems in the cuckoo algorithm itself is improved: the random number encoding technology, which can find the discrete domain optimization problem; secondly, the probability of finding the adaptive strategy not only retains the good bird's nest, and to improve the population diversity and improves the algorithm search breadth; third, step dynamic adjustment strategy is put forward to guide the algorithm to the optimal or suboptimal direction, improve the searching depth; the final calculated convergence accuracy and The optimization solution with better effect on the convergence speed. The invention not only improves the assembly efficiency of the product, but also improves the intelligent level of the assembly workshop.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑组装工艺的自动化立体仓库调度方法
本专利技术属于智能制造
，更进一步涉及考虑组装工艺的一种新型的自动化立体仓库调度方法。
技术介绍
随着《中国制造2025》新兴产业战略规划的出台，智能制造被定位为中国制造的主攻方向，并在各个领域中得到应用。对生产制造企业来讲，智能车间、智能工厂是智能制造的核心，在此背景下，自动化立体仓库在生产制造企业逐步得到应用，组装车间是其应用的一个场合。在组装过程中，如果不结合组装工艺对仓储机器人进行调度，将会使组装效率降低，甚至影响到组装作业的正常进行。因而，寻求一种考虑组装工艺的自动化立体仓库调度方法具有很好的科学意义和社会价值。截止目前，学者考虑的仓库调度问题主要局限在物流、供应链及港口等传统领域，比如Luetal.(Analgorithmfordynamicorder-pickinginwarehouseoperations,EuropeanJournalofOperationalResearch,2016)针对供应链订单调整的情况，运用路由干涉算法对动态订单拣选问题进行了研究；宋等(航空货站自动化存取系统作业调度优化，哈尔滨工业大学学报，2015)以指令序列完工时间最短为优化目标，采用蚁群算法对航空货站存取系统进行调度优化研究，以提高自动化存取系统的效率。这些情况还未将自动化立体仓库应用到企业生产环节当中，本专利技术结合实际组装车间中的仓库调度优化问题进行了认真的分析研究，提出了一种考虑组装工艺的新型自动化立体仓库调度方法，不仅提高了产品的组装效率，而且提升了组装车间的智能化水平，具有很高的推广价值。专利技术内容有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于改进布谷鸟算法考虑组装工艺的自动化立体仓库调度优化方法，以提高企业组装车间的组装效率和智能化水平。为了实现上述目的，本专利技术的构思是：本专利技术以组装工艺、机器人机械手数量、出库终点为约束条件，以工件出库完成时间及组装任务完工时间总和为优化目标，把考虑组装工艺的自动化立体仓库调度抽象成带约束的组合优化问题。采用改进的布谷鸟算法对该优化问题进行求解。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案：一种基于改进布谷鸟算法的自动化立体仓库调度方法(ImprovedCuckooSearchAlgorithm,ICSA)，其特征在于包括如下步骤：(1)对组装车间现场存在的一些约束及要优化的目标进行分析，并抽象成数学模型，组装车间对参与组装工件的安装顺序有一定的要求，因而工件到达组装区域时间的早晚将对组装任务的完工时间产生一定的影响；(2)初始化参数：进化代数计数器t、最大进化代数Na、鸟巢数量Nn、发现概率最小值和最大值(3)构建Nn个可行的初始鸟巢；采用随机数编码技术随机生成Nn长度与待拣选货位个数相同的一维向量，该向量即为鸟巢的位置，根据仓储机器人机械手数量，对解码后的候选解进行插入出入库缓冲区位处理，这样可防止产生不可行解，从而构建出可行的初始鸟巢种群；(4)计算所有鸟巢的适应度，记录具有最高适应度的鸟巢Xbest；(5)全局搜索：t＝t+1；(6)局部搜索：i＝i+1；(7)通过更新鸟巢位置；(8)将当前代与上一代的布谷鸟巢位置作比较，保留较好的布谷鸟巢；(9)产生随机数r，如果r>pa，则随机产生新的鸟巢；(10)如果i<Nn，则返回步骤(6)；否则，按步骤执行；(11)计算所有鸟巢的适应度，并记录具有最高适应度的鸟巢Xbest；(12)如果搜索没有达到最大迭代次数，则返回步骤(5)；否则，停止搜索，并输出Xbest。更进一步地，所述步骤(1)中建立的优化模型是基于以下考虑建立的：①为提高组装车间的智能化水平，将组装工艺引入到仓库调度环节；②本着节能降耗的目的对仓库机器人出入库路径进行优化。因而待优化的目标为产品组装所需工件的出入库及产品组装完成时间总和最小，其数学模型表示如下：minf(t)＝O1+O2+O3其中minf(t)为待优化的目标，O1为所需工件的出入库时间，O2为组装过程中等待工件的时间，O3为非等待情况下工件的安装时间；u为所需工件的总量；m,n分别为工件和产品的类别数量；Qab为安装每类产品所需工件的数量；tij为机器人连续经过两个待拣选货位所需要的时间；Tb为b型工件安装所需时间；为货位pi中的b型工件到达安装区域的时间；eij为机器人在某条路径下是否连续经过货位pi和货位pj的标记；gir为第i个工件是否属于子路径r的标记；sr为机器人是否经过子路径r的标记；σib为货位pi中的工件是否属于b型工件的标记；为货位pi和pj中的工件是否都分配a型产品，且安装呈先后顺序并连续的标记。更进一步地，步骤(7)中的可进一步描述为：7a)其中上式中为第i个鸟巢第t+1代的步长；为第i个鸟巢第t代的位置；Xbest为截至第t代所有鸟巢中最好的位置；Na、Nc分别为最大进化代数和当前进化代数。7b)在7a)中，表示可针对性的引导算法向最优或次优的方向搜索，表示步长因子可根据进化阶段进行灵活调整，即在进化的早期，算法呈现全局搜索的特性，此时步长因子较大，有利于提高搜索的广度，随着进化的进行，算法所求解将会越来越接近全局最优或次优解，此时步长因子较小，有利于加大搜索的深度。因而，这两个方面保证了步长的动态智能性，将大大提高算法的寻优效率。更进一步地，所述步骤(9)中的pa可进一步描述为：9a)其中，分别为pa的最小值和最大值；fi是第i个鸟巢的适应度；fmax是所有鸟巢的最大适应度。9b)在9a)中，pa为自适应发现概率，的值越小，表示个体对种群的贡献越小，其被淘汰的概率就越大，这样可有效避免固定的pa所带来的两个弊端：其一，太大的pa容易使搜索陷入局部最优，致使收敛精度降低；其二，太小的pa容易又使搜索具有盲目性。自适应发现概率策略的实施，不仅保持了种群的多样性，降低算法陷入局部最优的概率，而且能保留较好的个体。本专利技术的自动化立体仓库调度算法与现有技术相比较，具有的优点在于：该算法能够产生可行的初始解，并且在搜索过程动态步长能够引导算法向最优或次优方向进化，自适应发现概率能够保留较好的鸟巢，改善种群的多样性，从而保证了求解精度和收敛效率。本专利技术可以应用于现有加工制造企业组装车间的仓储调度环节中，实现组装效率的提高以及组装车间的智能化。附图说明图1是本专利技术考虑组装工艺的自动化立体仓库调度方法流程图；图2是本专利技术对应的组装车间布局图；图3是本专利技术针对一个组装任务实例的各算法求解效果对比图；图4是本专利技术针对一个组装任务实例的各算法求解均值对比图；图5是本专利技术考虑组装工艺的自动化立体仓库调度方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和优选的实施例，对本专利技术做进一步的详细阐述。实施例1参见图1，本考虑组装工艺的自动化立体仓库调度方法，其特征在于如下具体步骤：(1)对工业现场存在的约束及要优化的目标进行分析，并抽象为数学模型；(2)初始化参数：进化代数计数器t、最大进化代数Na、鸟巢数量Nn、发现概率最小值和最大值(3)构建Nn个可行的初始鸟巢；(4)计算所有鸟巢的适应度，记录具有最高适应度的鸟巢Xbest；(5)全局搜索：t＝t+1；(6)局部搜索：i＝i+1；(7)通过更新鸟巢位置；(8)将当前代与上一代的布谷鸟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑组装工艺的自动化立体仓库调度方法，其特征在于如下具体步骤：(1)对工业现场存在的约束及要优化的目标进行分析，并抽象为数学模型；(2)初始化参数：进化代数计数器t、最大进化代数N

【技术特征摘要】
1.一种考虑组装工艺的自动化立体仓库调度方法，其特征在于如下具体步骤：(1)对工业现场存在的约束及要优化的目标进行分析，并抽象为数学模型；(2)初始化参数：进化代数计数器t、最大进化代数Na、鸟巢数量Nn、发现概率最小值和最大值(3)构建Nn个可行的初始鸟巢；(4)计算所有鸟巢的适应度，记录具有最高适应度的鸟巢Xbest；(5)全局搜索：t＝t+1；(6)局部搜索：i＝i+1；(7)通过更新鸟巢位置；(8)将当前代与上一代的布谷鸟巢位置作比较，保留较好的布谷鸟巢；(9)产生随机数r，如果r>pa，则随机产生新的鸟巢；(10)如果i<Nn，则返回步骤(6)；否则，按步骤执行；(11)计算所有鸟巢的适应度，并记录具有最高适应度的鸟巢Xbest；(12)如果搜索没有达到最大迭代次数，则返回步骤(5)；否则，停止搜索，并输出Xbest。2.根据权利要求1所述的考虑组装工艺的自动化立体仓库调度方法，其特征在于所述步骤(1)中所建立的数学模型是基于以下考虑建立的：①为提高组装车间的智能化水平，将组装工艺引入到仓库调度环节；②本着节能降耗的目的对仓库机器人出入库路径进行优化。因而待优化的目标为产品组装所需工件的出入库及产品组装完成时间总和最小，其数学模型表示如下：minf(t)＝O1+O2+O3其中minf(t)为待优化的目标，O1为所需工件的出入库时间，O2为组装过程中等待工件的时间，O3为非等待情况下工件的安装时间；u为所需工件的总量；m,n分别为工件和产品的类别数量；Qab为安装每类产品所需工件的数量；tij为机器人连续经过两个待拣选货位所需要的时间；Tb为b型工件安装所需时间；为货位pi中的b型工件到达安装区域的时间；eij为机器人在某条路径下是否连续经过货位pi和货位pj的标记；gir为第i个工件是否属于子路径r的标记；sr为机器人是...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文强，郭昊，孔晓红，徐君鹏，张素君，
申请(专利权)人：河南科技学院，
类型：发明
国别省市：河南,41