吞吐柔性智能装配物流路径规划平台制造技术

本发明专利技术涉及吞吐柔性智能装配物流路径规划平台，其特征在于：包括传感器系统、生产线系统、实时物流路径智能控制系统、以及通信设施；传感器系统，用于通过对应的传感器对产品零件的参数实时记录和传递；生产线系统，用于对产品零件的生产和产品装配的实施；实时路径规划智能控制系统，包括采用自主决策算法的智能控制系统处理单元，其与传感器系统连接，根据零件生产需求增加或减少生产线数量、根据生产需求实时动态的调节用于零件生产和产品装配生产线之间的比例、以及根据装配需求调整装配线上的零件数量和先后顺序。

Throughput Flexible Intelligent Assembly Logistics Path Planning Platform

【技术实现步骤摘要】
吞吐柔性智能装配物流路径规划平台
本专利技术涉及吞吐柔性智能装配物流路径规划平台。
技术介绍
各国政府都已意识到信息和通信技术在工业生产中的重要性，并启动了相应方案争取抢先完成产业数字化和智能化升级，如美国提出的工业网络(IndustrialInternet)和先进制造伙伴关系(AMP)计划、德国提出的工业4.0(Industie4.0)以及法国的新工业法国(LaNouvelleFranceIndustrielle)计划等。高速发展的语义大数据、云计算和网格计算等技术为信息和通信技术(ICT)在智能工业中广泛使用提供了广阔空间。CPS系统早在2006年就被美国国家科学基金会(NSF)确定为关键研究领域。上世纪八十年代，日本发那科(FANUC)公司就建成了自动化电机加工车间，由柔性制造单元(包括工业机器人)、立体仓库和无人化电机装配车间组成，通过自动引导台车传送毛坯和工件24小时连续运转。在德国，工业4.0计划的目标是利用CPS和数字技术(如物联网)发展智能工厂和制造系统。德国“AutonomikfürIndustrie4.0”技术方案中的ReApp通过智能机器人编程简化了开发和降低了经济投资。ReApp利用语义描述能够自动地生成程序的骨架，甚至直接生成程序。智能制造系统(IMS)计划以发展下一代协作制造系统为目标，通过将生产工程、创新信息和通信技术整合到CPS来实现智能工厂。与世界先进水平相比，我国制造业大而不强，尤其在信息化程度、质量效益等方面差距明显，转型升级和跨越发展已经成为未来十年紧迫而艰巨的任务。当前我国信息化与工业深度融合总体上处于起步阶段，智能化制造水平较低，大部分企业仍以信息化手段单项应用为主，面临集成应用跨越困难、智能装备不足、组织结构僵化、流程管理缺失等挑战，以及国产研发设计工具、制造执行系统、工业控制系统、大型管理软件缺失等一系列问题。同时，新一代信息技术和智能制造关键装备都面临标准和知识产权缺失、关键器件依赖进口、集成服务能力差、核心技术受制于人等问题，跨学科、跨领域政产学研协同、以企业为主体的制造业创新体系尚不健全。工业4.0智能制造核心是将传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施等通过CPS形成一个智能网络，其实现过程分为四步：建立企业网和工程数据库实现CAD、CAE、CAM等功能；进行信息集成、特征建模，形成CAD、CAE、CAM等集成系统；建立产品模型初步实现并行工程，进一步将MIS、MRPII与CAD/CAM系统进行集成，实现整个企业内部的信息集成及并行工程；最后对企业内的生产、经营等活动进行建模、仿真实现虚拟制造。在高端制造业中，通过建模与仿真技术可以及时、并行地模拟出产品的制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等。为了获得包括时间、空间、概率模型的可靠性、通信连接、自适应性、上下文感知、互操作性和自主性，对CPS仿真需要先进的建模技术，需要一个全面的集成建模框架规范和建模的体系结构。目前比较常用的仿真方法包括离散事件仿真(DES)和基于Agent的仿真(ABS)。前者通常用于调度任务、容量规划，以及瓶脖子鉴定；后者侧重于分散定义环境中的单个对象行为建模或用于建模、模拟和控制MS。然而，考虑到相关规划问题和在工业应用中的易用性，现有Holonic制造系统(HMS)的方法和工具都不适合直接仿真。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题总的来说是提供一种吞吐柔性智能装配物流路径规划平台；详细解决的技术问题以及取得有益效果在后述内容以及结合具体实施方式中内容具体描述。为解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种吞吐柔性智能装配路径规划平台包括传感器系统、生产线系统、实时物流路径智能控制系统、以及通信设施；传感器系统，用于通过对应的传感器对产品零件的参数实时记录和传递；生产线系统，用于对产品零件的生产和产品装配的实施；实时路径规划智能控制系统，包括采用自主决策算法的智能控制系统处理单元，其与传感器系统连接，根据零件生产需求增加或减少生产线数量、根据生产需求实时动态的调节用于零件生产和产品装配生产线之间的比例、以及根据装配需求调整装配线上的零件数量和先后顺序；通信设施，带有通信协议，其与实时物流路径智能控制系统相连，用于通过实时物流路径智能控制系统的智能控制结果控制生产线的生产和装配生产活动。在实时路径规划智能控制系统中的触摸屏或键盘，用于输入最终成品的具体参数；传感器系统收集相关产品信息包括当前产品类型、当前产品标识、当前工作流程表示、当前工位状态、当前工位缓冲区状态、当前产品加工剩余时间；传感器系统将产品信息并传递给智能控制系统处理单元；规划平台V-模型设计框架，基于生产线系统的离散并行生产线系统结构，建立用于分析生产流程的有拉式生产系统广义随机Petri网模型；在生产线系统中通过最短路径和最短时间约束下的控制策略配置N个立体工位，工位设置方式在数量和装配冗余度上设置前提是满足多种产品类型的吞吐柔性化装配。生产线系统包括给定的上游的R-1条生产线，该R-1条生产线之间无工序交叉，每条生产线有对应的缓冲区；所有缓冲区的产品传送有下游的准备区；汇集在准备区的产品传送连接有准配线，准配线连接有装配线，装配线连接有仓库；装配线对上游生产线生产的产品进行装配；生产线系统为离散并行生产线系统结构。整体生产线的工位采用全相连拓扑结构并为每个工位配置缓冲区，每个工位为每一个产品类型执行N种不同的工作流程，工位状态通过传感器系统收集数据并发送给控制处理单元，工位根据处理单元处理结果提前将预处理零件送至缓冲区。自主决策算法的智能控制系统处理单元，用于为P下一个工作流程搜索可用的工位，并使用基于最短约束的控制策略决策函数f(x)确定并切换到最优路径，接收传感器检测产品P是否进入对应工位或对应缓冲区。其中，基于最短约束的控制策略决策函数f(x)，最短约束，就是基于最短路径和最短时间的约束，路径是指所有工位的拓扑结构相连的距离，工位采用全相连拓扑结构，根据工位间的相互距离和生产线系统的传送带的传送速度决定传送带传输时间，每个工位为产品执行两个或三个以上个不同的工作流程，将该实时物流路径智能控制规划平台进行建模并简化成有向图，传送带作为有向图的边，传送带传输时间作为边的权值，工位作为有向图的顶点，工位工作流程完成时间作为该顶点的权值，最短路径和最短时间约束就是有向图中选定边和顶点的权值累加值最小约束，路径寻优平台控制策略算法简化成是实时有向图分类保序必经点最短路径问题。实时有向图分类保序必经点最短路径问题基于遗传算法描述，采用基于实时路径的染色体编码方案，即染色体由一串整数组成，每个基因位代表图的有向边或顶点权值，一个染色体就代表一条从原点到宿点的路径，路径中不能出现环路；初始种群采用分类保序随机初始化种群，第一个基因位选择原点基因，随后基因位根据其种群要求的分类保序基因位约束下随机选择，随后重复直至到达宿点，完成染色体初始化；适应度函数即f(x)＝tn-tm，tn表示当前染色体权值，即现行状态下产品寻找的最优路径长度，tm表示理想状态下工序的绝对最短路径长度；交叉算子采用单点交叉，即从父代个体v1和v2中随机选择两个点和交换v1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吞吐柔性智能装配物流路径规划平台，其特征在于：包括传感器系统、生产线系统、实时物流路径智能控制系统、以及通信设施；传感器系统，用于通过对应的传感器对产品零件的参数实时记录和传递；生产线系统，用于对产品零件的生产和产品装配的实施；实时路径规划智能控制系统，包括采用自主决策算法的智能控制系统处理单元，其与传感器系统连接，根据零件生产需求增加或减少生产线数量、根据生产需求实时动态的调节用于零件生产和产品装配生产线之间的比例、以及根据装配需求调整装配线上的零件数量和先后顺序；通信设施，带有通信协议，其与实时物流路径智能控制系统相连，用于通过实时物流路径智能控制系统的智能控制结果控制生产线的生产和装配生产活动。

【技术特征摘要】
1.一种吞吐柔性智能装配物流路径规划平台，其特征在于：包括传感器系统、生产线系统、实时物流路径智能控制系统、以及通信设施；传感器系统，用于通过对应的传感器对产品零件的参数实时记录和传递；生产线系统，用于对产品零件的生产和产品装配的实施；实时路径规划智能控制系统，包括采用自主决策算法的智能控制系统处理单元，其与传感器系统连接，根据零件生产需求增加或减少生产线数量、根据生产需求实时动态的调节用于零件生产和产品装配生产线之间的比例、以及根据装配需求调整装配线上的零件数量和先后顺序；通信设施，带有通信协议，其与实时物流路径智能控制系统相连，用于通过实时物流路径智能控制系统的智能控制结果控制生产线的生产和装配生产活动。2.根据权利要求1所述的吞吐柔性智能装配物流路径规划平台，其特征在于:在实时路径规划智能控制系统中的触摸屏或键盘，用于输入最终成品的具体参数；传感器系统收集相关产品信息包括当前产品类型、当前产品标识、当前工作流程表示、当前工位状态、当前工位缓冲区状态、当前产品加工剩余时间；传感器系统将产品信息并传递给智能控制系统处理单元；规划平台V-模型设计框架，基于生产线系统的离散并行生产线系统结构，建立用于分析生产流程的有拉式生产系统广义随机Petri网模型；在生产线系统中通过最短路径和最短时间约束下的控制策略配置N个立体工位，工位设置方式在数量和装配冗余度上设置前提是满足多种产品类型的吞吐柔性化装配。3.根据权利要求2所述的吞吐柔性智能装配物流路径规划平台，其特征在于:生产线系统包括给定的上游的R-1条生产线，该R-1条生产线之间无工序交叉，每条生产线有对应的缓冲区；所有缓冲区的产品传送有下游的准备区；汇集在准备区的产品传送连接有准配线，准配线连接有装配线，装配线连接有仓库；装配线对上游生产线生产的产品进行装配；生产线系统为离散并行生产线系统结构。4.根据权利要求3所述的吞吐柔性智能装配物流路径规划平台，其特征在于:整体生产线的工位采用全相连拓扑结构并为每个工位配置缓冲区，每个工位为每一个产品类型执行N种不同的工作流程，工位状态通过传感器系统收集数据并发送给控制处理单元，工位根据处理单元处理结果提前将预处理零件送至缓冲区。5.根据权利要求4所述的吞吐柔性智能装配物流路径规划平台，其特征在于:自主决策算法的智能控制系统处理单元，用于为P下一个工作流程搜索可用的工位，并使用基于最短约束的控制策略决策函数f(x)确定并切换到最优路径，接收传感器检测产品P是否进入对应工位或对应缓冲区。6.根据权利要求5所述的吞吐柔性智能装配物流路径规划平台，其特征在于:其中，基于最短约束的控制策略决策函数f(x)，最短约束，就是基于最短路径和最短时间的约束，路径是指所有工位的拓扑结构相连的距离，工位采用全相连拓扑结构，根据工位间的相互距离和生产线系统的传送带的传送速度决定传送带传输时间，每个工位为产品执行两个或...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆党，孙振，张岩，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37