一种无缓冲流水线装配系统AGV与工位协同调度方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及一种无缓冲流水线装配系统AGV与工位协同调度方法及系统，其方法包括：S1：在无缓冲的流水线生产系统中，以所花费的工作时间最小作为优化调度的目标，构造AGV集合调度优化问题的数学模型；S2：利用启发式算法对数学模型进行求解，得到多AGV流水线生产系统中AGV任务指派调度的最优方案。本发明专利技术提供的方法，对AGV调度管理进行优化，提高运行效率。提高运行效率。提高运行效率。

【技术实现步骤摘要】
一种无缓冲流水线装配系统AGV与工位协同调度方法与系统


[0001]本专利技术涉及于自动控制领域，具体涉及一种无缓冲流水线装配系统AGV与工位协同调度方法及系统。

技术介绍

[0002]自动导引小车(Automated Guided Vehicle，AGV)是一种智能的自动搬运设备，在各行各业都有广泛的应用，尤其是在制造系统中承担着运输工件的重任，其调度运行效率将直接影响整个制造系统的生产效率。因此建立一种高效、健壮的车间AGV调度系统符合车间生产环境，是实现车间高效率生产的重要前提。
[0003]现有技术方法中基本仅涉及到理想状态的调度，如AGV调度考虑的生产条件是在每个机器处有充足的输入和输出缓冲空间，即产品可以在机器处排队等待加工，这样的条件使得AGV的调度和机器的调度可以相互解耦合，降低调度难度，但是这种设定并不符合实际的生产情况。首先，任何的机器都不可能存在数量无穷的缓冲区；其次，AGV和机器的调度一般是耦合的，因为大型产品的加工一般是以载具为加工平台，AGV搬运载具在各个点位之间移动，尤其是在无人化生产的黑灯工厂中，产品的任本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无缓冲流水线装配系统AGV与工位协同调度方法，其特征在于，包括：步骤S1：在无缓冲的流水线生产系统中，以所花费的工作时间最小作为优化调度的目标，构造AGV集合调度优化问题的数学模型；步骤S2：利用启发式算法对所述数学模型进行求解，得到多AGV流水线生产系统中AGV任务指派调度的最优方案。2.根据权利要求1所述的无缓冲流水线装配系统AGV与工位协同调度方法，其特征在于，所述步骤S1：在无缓冲的流水线生产系统中，以所花费的工作时间最小作为优化调度的目标，构造AGV集合调度优化问题的数学模型，具体包括：定义目标函数：min c
w，p
所述目标函数表示最小化最后一个产品在最后一个工位的离开时间，即所有产品完成生产的时间，所述目标函数的约束条件(1)～(14)如下所示：生产的时间，所述目标函数的约束条件(1)～(14)如下所示：生产的时间，所述目标函数的约束条件(1)～(14)如下所示：生产的时间，所述目标函数的约束条件(1)～(14)如下所示：生产的时间，所述目标函数的约束条件(1)～(14)如下所示：生产的时间，所述目标函数的约束条件(1)～(14)如下所示：生产的时间，所述目标函数的约束条件(1)～(14)如下所示：生产的时间，所述目标函数的约束条件(1)～(14)如下所示：生产的时间，所述目标函数的约束条件(1)～(14)如下所示：生产的时间，所述目标函数的约束条件(1)～(14)如下所示：生产的时间，所述目标函数的约束条件(1)～(14)如下所示：生产的时间，所述目标函数的约束条件(1)～(14)如下所示：生产的时间，所述目标函数的约束条件(1)～(14)如下所示：生产的时间，所述目标函数的约束条件(1)～(14)如下所示：
其中，w表示工位数量；p表示待生产产品数量；v表示可用的AGV数量；d表示工位之间的距离；h表示纵向道路的距离；W表示工位集合，W＝{1，2，
…
，w}；P表示产品集合，P＝{1，2，
…
，p}；V表示AGV集合，V＝{1，2，
…
，v}；D表示任务集合，D＝{(i，j)|1≤i＜|W|，0≤j≤|P|，i∈Z，j∈Z}；A表示虚拟任务集合，表示AGV的第一个任务，A＝{(0，v)|v∈V}；E表示虚拟任务集合，表示AGV的最后一个任务，E＝{(
‑
1，
‑
1)}；s
i
表示工位i的加工时间；t
i，m
表示生产线上任意两个工作位i和m之间的AGV最短行驶时间；(i，j)为任务表示方式，产品j从工作位i向工作位i+1移动，任务的起点是工位i，终点是工位i+1，搬运的产品是j；B1＝{(0，j)||0≤j≤p，j∈Z}；B2＝{(i，0)|0＜j＜w，j∈Z}；C1＝{(w，j)|0≤j≤p，j∈Z}；C2＝{(i，0)|1≤i≤w，i∈Z}；CD＝F∪C1∪C2；BD＝F∪B1∪B2其中，决策变量为：x
i，j，m，n
：任务(i，j)和任务(m，n)是同一个AGV的两个连续任务；b
i，j
：AGV完成任务(i，j)后离开任务终点的时间；c
i，j
：任务(i，j)开始执行的时间，即产品j离开工位i的时间；约束条件(1)和(2)用于确定任务执行顺序，一个搬运任务只能有一个前序任务和后续任务；约束条件(3)限制同一个AGV相邻两个搬运任务的范围，任务(m,n)不能是在任务(i,j)完成时一定已经完成的任务，也不能是起点为工位i+1的任何任务；约束条件(4)是工序交接约束，表示相邻两个工位上的相邻产品搬运任务不能分配给同一个AGV；约束条件(5)和(6)是关联约束：约束条件(5)要求如果AGV连续执行两个任务(i，j)和(m，n)，AGV离开任务(i，j)终点，即工位i+1，的时间加上在路上行驶的时间，即，到达任务(m，n)起点的时间，不得早于任务(m
‑
1，n)结束的时间，即其他AGV从工位m离开的时间；约束条件(6)表示如果AGV连续执行两个任务(i，j)和(m，n)，则任务(m，n)开始的时间不早于AGV离开任务(i，j)终点，即工位i+1，的时间加上在路上行驶的时间，即，到达任务(m，n)起点的时间；约束条件(7)～(10)是时间约束：约束条件(7)要求产品j到达工位i+1的时间不得早于产品j
‑
1从工位i+1离开的时间；约束条件(8)表示同一个产品从相邻两个工位离开的时间关系；约束条件(9)表示同一个搬运任务的开始和结束时间的关系；约束条件(10)要求在第一个工位上加工的产品离开工位1的时间不得早于前一个产品从工位1离开的时间加上工位1的加工时间；约束条件(11)～(14)是变量定义约束，变量x是0
‑
1变量，b和c是连续变量。3.根据权利要求2所述的无缓冲流水线装配系统AGV与工位协同调度方法，其特征在于，所述步骤S2：利用启发式算法对所述数学模型进行求解，得到多AGV流水线生产系统中AGV任务指派调度的最优方案，具体包括：步骤S21：第一个产品进入第一个工位，并分配一个未使用AGV给第一个工位；步骤S22：判断是否存在负载AGV，如果不存在则转至步骤S23，如果存在则进行状态转换后转至步骤S23；步骤S23：确定待分配AGV集合；步骤S24：确定待分配工位集合；
步骤S25：将待分配AGV指派到所述待分配工位；步骤S26：更新系统状态；步骤S27：判断是否所有产品下线且AGV回到车库，如果是，则调度结束，否则转至步骤S22。4.根据权利要求3所述的无缓冲流水线装配系统AGV与工位协同调度方法，其特征在于，所述步骤S22中状态转换，具体包括：步骤S221：检查所有的AGV，如果AGV当前处于负载运行状态，则将其加入负载AGV集合；步骤S222：判断所述负载AGV集合中每个AGV的目的地工位w是否处于空闲状态：如果工位w空闲，则可以直接将AGV及其负载的产品移动到w工位，并修改工位w对该产品的剩余加工时间和AGV的拖欠时间；如果工位w处于非空闲状态，则需找到w工位后的第一个空闲工位w
f
，依次将工位w
f
与工位w之间的所有工位上的产品都往后移动一个工位，使得工位w空闲，将AGV及其负载的产品移动到工位w上。5.根据权利要求4所述的无缓冲流水线装配系统AGV与工位协同调度方法，其特征在于，所述步骤S23：确定待分配AGV集合，具体包括：步骤S231：确定AGV的状态，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：余玉刚，贺涛，余虎，张娜，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：