一种人机协同混流装配线平衡问题的解决方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及管理科学技术领域，特别是指一种人机协同混流装配线平衡问题的解决方法和装置。方法包括：将MALBP

【技术实现步骤摘要】
一种人机协同混流装配线平衡问题的解决方法和装置


[0001]本专利技术涉及管理科学
，特别是指一种人机协同混流装配线平衡问题的解决方法和装置。

技术介绍

[0002]制造业是国民经济的重要一环，作为一种面向流程的生产系统，装配线运转率与制造企业的生产效率息息相关，其中，装配线平衡问题 (Assembly line balancing problem, ALBP) 是关键的装配调度问题。随着智能制造的深入推进，将工业机器人引入人工装配线开展人机协同装配受到学术界和工业界的广泛关注，人机协同装配线研究具有重要的理论意义和实践价值。同时，社会经济的发展和人民生活水平的提高，促使消费者的个性化产品需求增多，此类产品生产规模通常不是太大，但品种丰富，企业一般不会单独新建装配线来生产各类产品。因此，为快速响应市场、满足生产平准化需求，混流装配线得到广泛运用。混流装配线是指在同一条装配线上连续生产结构相似、工艺接近的多种类产品，进一步提高了装配过程的灵活性和适应性，同时其平衡问题也更为复杂。因此，人机协同混流装配线平衡问题(Mixed
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model assembly line balancing problem with human
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robot collaboration, MALBP
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HRC)研究具有重要的理论价值和实践意义。
[0003]当前MALBP
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HRC不仅需要分配工序，还需要调度机器人资源和确定工序的加工方式（人工加工、机器人加工和人机协同加工），增加了问题的复杂性，同时在多产品混线生产场景下，进一步增加了问题的求解难度。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种人机协同混流装配线平衡问题的解决方法和装置，用以解决人机协同混流装配线平衡问题。所述技术方案如下：一方面，提供了一种人机协同混流装配线平衡问题的解决方法，所述方法包括：将人机协同混流装配线平衡问题MALBP
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HRC的原问题分解为一个主问题和多个子问题，所述主问题用于确定机器人分配、工序分配以及工序的加工方式，所述子问题用于确定工序的具体加工时间；采用加强策略和两阶段的主问题求解框架对所述主问题进行模型求解；当完成所述主问题的求解后，用所述子问题来验证当前主问题的解；当所述当前主问题的解对所有子问题都可行，那么所述当前主问题的解就是一个可行解或最优解；如果存在子问题不可行，那么所述当前主问题的解就是不可行的，则生成相应的割Cut，并加入到主问题中，以此循环往复迭代，直至所有子问题都可行。
[0005]可选地，所述加强策略包括以下至少一种：1）计算所述原问题的节拍时间的上下限，并在算法迭代过程中动态更新；2）计算工序的最早加工工位和最晚加工工位，进一步压缩模型求解空间；3）计算两个工序间的最小间隔工位数，并作为约束添加到模型中；
4）在第三个加强策略的基础上，计算不能分配到同一个工位中的工序对，进一步加速模型求解。
[0006]可选地，采用两阶段的主问题求解框架对所述主问题进行模型求解，具体包括：在第一阶段中，将第一阶段主问题的目标函数设为0，使所述第一阶段主问题的节拍时间不超过所述原问题的节拍时间的下限，进行可行性验证，如果可行，则所述原问题的节拍时间的下限即为主问题的节拍时间；如果不可行，则将所述原问题的节拍时间的下限值增加1，完成原问题节拍时间下限的更新并继续求解；如果在一定时限内，无法判断所述第一阶段主问题的可行性，则进入第二阶段；在第二阶段中，第二阶段主问题模型与原始的主问题模型相同，区别在于所述第二阶段主问题模型被允许在一定的误差Gap值内求解。
[0007]可选地，所述用所述子问题来验证当前主问题的解，具体包括：MALBP
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HRC混流装配多种不同类型的产品，为每种类型产品的每个工位建立一个所述子问题，所述子问题用于计算当前工位中工序的具体加工时间；对于有机器人的工位，计算各个工序的开始时间以及工位的完工时间，如果工位的完工时间不超过所述主问题节拍时间，则当前子问题可行，反之，则不可行。
[0008]可选地，所述Cut的生成具体包括：当所述子问题不可行时，所述主问题提供的解不符合实际需求，生成所述Cut，并加回到主问题中；采用三角搜索triangle_search、交叉搜索cross_search和非活跃搜索inactive_search，以及剪枝策略，找出不可行工序子集，生成新的Cut。
[0009]可选地，在进行搜索时，对当前工位中机器人侧以及人工侧的工序分别处理，当前选中工序被视为活跃工序，所述triangle_search采用三角角度搜索，将活跃工序、活跃工序对侧上的前驱工序和后继工序三者视为一个三角工序集，计算并验证其可行性，总加工时间超过所述主问题的节拍时间的上限则不可行，反之可行；所述cross_search使用交叉角度搜索，将活跃工序同侧前驱任务、活跃工序、活跃工序对侧后继任务，以及活跃工序对侧前驱任务、活跃工序、活跃工序同侧后继任务分别视为待验证的任务集，计算并验证其可行性；所述inactive_search是对于所述triangle_search的三角工序集和所述cross_search的待验证的任务集，分别增加当前工位上加工时间最长的非活跃工序。
[0010]可选地，所述方法的优化目标是最小化节拍时间，所述主问题所计算的节拍时间是所述原问题的下限；而所述子问题计算所得的各工位完工时间最大值是所述原问题的上限。
[0011]另一方面，提供一种人机协同混流装配线平衡问题的解决装置，所述装置包括：分解模块，用于将人机协同混流装配线平衡问题MALBP
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HRC的原问题分解为一个主问题和多个子问题，所述主问题用于确定机器人分配、工序分配以及工序的加工方式，所述子问题用于确定工序的具体加工时间；求解模块，用于采用加强策略和两阶段的主问题求解框架对所述主问题进行模型求解；验证模块，用于当完成所述主问题的求解后，用所述子问题来验证当前主问题的
解；当所述当前主问题的解对所有子问题都可行，那么所述当前主问题的解就是一个可行解或最优解；如果存在子问题不可行，那么所述当前主问题的解就是不可行的，则所述装置还包括生成模块，用于生成相应的割Cut，并加入到主问题中，以此循环往复迭代，直至所有子问题都可行。
[0012]另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述人机协同混流装配线平衡问题的解决方法。
[0013]另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述人机协同混流装配线平衡问题的解决方法。
[0014]本专利技术提供的技术方案带来的有益效果至少包括：本专利技术有助于填补当前人机协同混流装配线平衡问题中的算法不足，不仅可以高效解决大规模算例，提供有质量保障的解，同时算法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人机协同混流装配线平衡问题的解决方法，其特征在于，所述方法包括：将人机协同混流装配线平衡问题MALBP
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HRC的原问题分解为一个主问题和多个子问题，所述主问题用于确定机器人分配、工序分配以及工序的加工方式，所述子问题用于确定工序的具体加工时间；采用加强策略和两阶段的主问题求解框架对所述主问题进行模型求解；当完成所述主问题的求解后，用所述子问题来验证当前主问题的解；当所述当前主问题的解对所有子问题都可行，那么所述当前主问题的解就是一个可行解或最优解；如果存在子问题不可行，那么所述当前主问题的解就是不可行的，则生成相应的割Cut，并加入到主问题中，以此循环往复迭代，直至所有子问题都可行。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加强策略包括以下至少一种：1）计算所述原问题的节拍时间的上下限，并在算法迭代过程中动态更新；2）计算工序的最早加工工位和最晚加工工位，进一步压缩模型求解空间；3）计算两个工序间的最小间隔工位数，并作为约束添加到模型中；4）在第三个加强策略的基础上，计算不能分配到同一个工位中的工序对，进一步加速模型求解。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用两阶段的主问题求解框架对所述主问题进行模型求解，具体包括：在第一阶段中，将第一阶段主问题的目标函数设为0，使所述第一阶段主问题的节拍时间不超过所述原问题的节拍时间的下限，进行可行性验证，如果可行，则所述原问题的节拍时间的下限即为主问题的节拍时间；如果不可行，则将所述原问题的节拍时间的下限值增加1，完成原问题节拍时间下限的更新并继续求解；如果在一定时限内，无法判断所述第一阶段主问题的可行性，则进入第二阶段；在第二阶段中，第二阶段主问题模型与原始的主问题模型相同，区别在于所述第二阶段主问题模型被允许在一定的误差Gap值内求解。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用所述子问题来验证当前主问题的解，具体包括：MALBP
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HRC混流装配多种不同类型的产品，为每种类型产品的每个工位建立一个所述子问题，所述子问题用于计算当前工位中工序的具体加工时间；对于有机器人的工位，计算各个工序的开始时间以及工位的完工时间，如果工位的完工时间不超过所述主问题节拍时间，则当前子问题可行，反之，则不可行。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Cut的生成具体包括：当所述子问题不可行时，所述主问题提供的解不符合实际需求，生成所述Cut，并加回到主问题中；采用三角搜索triangle_search、交叉搜索cross...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄典，毛照昉，方侃，李晓梅，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：