一种智能装配线的生产与物料配送协同调度优化方法技术

本发明专利技术提供了一种智能装配线的生产与物料配送协同调度优化方法。该方法适用于装配线场景：在制品通过传送带运输，在制品所需部件通过投料机器人运输至其对应的工位，投料机器人可以自主访问充电站充电。该方法包括：根据个性化订单的信息将装配各订单所需的物料分解成多个由投料机器人执行的物料配送作业；基于拉格朗日松弛技术和次梯度框架搜索最优的订单的生产顺序和投料机器人执行物料配送作业的顺序；根据投料机器人执行物料配送作业顺序的自动获得该机器人的充电指令；对所有物料配送作业顺序进行邻域搜索；根据订单的生产顺序和物料配送作业的执行顺序协同装配线各工位的生产活动和投料机器人的物料配送以及充电活动。电活动。电活动。

【技术实现步骤摘要】
一种智能装配线的生产与物料配送协同调度优化方法


[0001]本专利技术涉及智能生产
，具体为一种智能装配线的生产与物料配送协同调度优化方法。

技术介绍

[0002]传统装配线的生产和物料配送调度方案是通过分阶段序贯决策的方式制定的，即，生产部门排产(确定订单在装配线上的生产顺序)，物流部门根据生产部门下达的排产方案制定物料配送方案(装配线各工位的物料投送时间)。生产部门所采用的排产决策模型不考虑物料的空间位移过程；物流部门所采用的物料配送决策模型将订单生产顺序作为既定参数。
[0003]对于接收大批量订单的且以人力为主的传统装配线来说，这种分阶段序贯决策式调度优化方法十分有效。然而，随着市场需求日趋个性化、先进技术(如机器人、物联网)的进步、以及人力成本的攀升，兼具多品种小批量生产和高度自动化能力的智能装配线替代了传统装配线。
[0004]针对传统装配线的生产与物料配送调度优化方法无法满足智能装配线的运作管理需要，具体原因如下：
[0005](1)智能装配线采用投料机器人执行原本由人力完成的物料配送任务，物料配送决策的维度增加，考虑到物料在三维尺寸、质量、数量差异以及投料机器人的载重能力和续航能力约束，需要额外针对投料机器人制定相对于工人的更加精细的决策(如充电开始和结束时间，单次配送的物料数量等)；
[0006](2)新的物料配送约束和决策导致了增加了配送时长的差异性，不同的个性化订单的生产顺序与物料配送时长相互依赖，如果延用传统的分阶段序贯决策式调度优化方法会导致生产节省的时间无法抵消物流增加的时间，最终使得总完工时间偏离最优。
[0007]基于以上原因，提出适用于智能装配线的生产与物料配送协同调度优化方法是必要的。
[0008]现有技术的缺点如下：
[0009](1)分阶段式地制定生产和物料配送决策所获得的系统总完工时间是次优的。
[0010](2)缺少自适应的充电和配送量决策，无法指导投料机器人进行高效的充电作业和物料配送作业，增加了投料机器人的闲置率。

技术实现思路

[0011](一)解决的技术问题
[0012]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种智能装配线的生产与物料配送协同调度优化方法，可以克服传统的分段式序贯决策调度方法容易陷入局部最优、背离全局最优解的缺陷，考虑投料机器人的载重量和电池容量约束，输出令系统总完工时间达到理论最优的生产和物料配送协同调度方案。
[0013](二)技术方案
[0014]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种智能装配线的生产与物料配送协同调度优化方法，具体包括以下步骤：
[0015]S1、接收到A个订单，订单构成的集合为获得订单的需求量向量D＝{D1,D2,
…
,D
A
}，调用物料配送作业生成器，输出一个物料配送作业集合以及物料配送作业索引表I；
[0016]S2、初始化参数：拉格朗日乘子向量λ＝(λ1,λ2,
…
,λ
F
)、当前的最优平均完工时间Z
best
＝+∞、当前的平均完工时间的下界Z＝
‑
∞、步长α、步长更新的迭代次数阈值邻域搜索执行次数算法未改进迭代次数的上界和算法未改进迭代次数的计数器
[0017]S3、根据向量λ，按如下方式，生成V个物料配送作业的执行顺序：
[0018]A1、运用列生成算法求解如下集合覆盖问题的整数规划模型：
[0019]目标函数：
[0020]约束条件：
[0021]其中为所有物料配送作业顺序r的集合，0
‑
1参数α
ir
表示r是否物料配送作业i，0
‑
1决策变量θ
r
表示r是否被选中为模型的解，c
r
为r中所有物料配送作业的加权总完工时间，假设i
j
为r的第j个物料配送作业，n
r
为r上的物料配送作业总数，则
[0022]A2、求解该模型得到V个θ
r
对应值为1的物料配送作业顺序r，将这些物料配送作业顺序构成集合
[0023]S4、逐个取出中的元素，将其输入物流指令生成器，得到所有物料配送作业的完成时间
[0024]S5、根据向量λ，对每一个订单a，计算表征订单a的优先级，然后，以优先级从高到低安排订单的生产顺序p；
[0025]S6、调用生产指令生成器，输入p，输出和和
[0026]S7、计算次梯度向量g＝t
L
‑
t
P
＝(g1,g2,
…
,g
F
)，若)，若则和否则，令否则，令重置
[0027]S8、以生产顺序p为输入，调用次邻域搜索器，每次调用后得到将p和
输入协同指令生成器，得到Z
CF
，若Z
CF
<Z
best
，则Z
best
←
Z
CE
，p
best
＝p，
[0028]S9、若则重置并用更新向量λ，即
[0029]S10、检查算法终止条件：若则终止算法，返回否则，转到步骤S4继续迭代；
[0030]S11、将中第v个物料配送作业执行顺序r
v
分配投料机器人v，将r
v
输入物流指令生成器，得到投料机器人v的具体行动指令，将S
best
输入协同指令生成器，得到装配线的生产指令。
[0031]优选的，所述步骤A1中物料配送作业i的权重为λ
i
。
[0032]优选的，所述步骤A1中通过将r输入物流指令生成器获得。
[0033]优选的，所述步骤S5中ρ
a
的值越大表示订单a的优先级越高。
[0034]优选的，所述步骤S8中邻域搜索器用于对给定的生产顺序进行物料配送作业顺序的邻域搜索，得到物料配送作业的邻域顺序，即输入：生产顺序p，输出：V个物料配送作业执行顺序构成的物料配送作业顺序邻域集合行顺序构成的物料配送作业顺序邻域集合
[0035]优选的，所述步骤S8和S11中协同指令生成器用于将生产指令生成器输出的指令和物流指令生成器输出的指令进行协同，从而输出考虑物料配送延迟影响下的订单开始和完成时间，即输入：生产顺序p、V个物料配送作业的执行顺序构成的集合输出：考虑物料配送延迟影响的所有订单的完成时间构成的向量考虑物料配送延迟影响的所有订单的总完成时间Z
CF
和装配线的可执行生产指令，包括订单开始时间和完成时间。
[0036]优选的，所述步骤S11中物流指令生成器用于根据多个物料配送作业的执行顺序生成一个投料机器人可执行的物流指令，输入：n
r
个物料配送作业的执行顺序，用表示，输出：n
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能装配线的生产与物料配送协同调度优化方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、接收到A个订单，订单构成的集合为获得订单的需求量向量D＝{D1，D2，...，D
A
}，调用物料配送作业生成器，输出一个物料配送作业集合以及物料配送作业索引表I；S2、初始化参数：拉格朗日乘子向量λ＝(λ1，λ2，...，λ
F
)、当前的最优平均完工时间Z
best
＝+∞、当前的平均完工时间的下界Z＝
‑
∞、步长α、步长更新的迭代次数阈值邻域搜索执行次数算法未改进迭代次数的上界和算法未改进迭代次数的计数器S3、根据向量λ，按如下方式，生成V个物料配送作业的执行顺序：A1、运用列生成算法求解如下集合覆盖问题的整数规划模型：目标函数：约束条件：其中为所有物料配送作业顺序r的集合，0
‑
1参数α
ir
表示r是否物料配送作业i，0—1决策变量θ
r
表示r是否被选中为模型的解，c
r
为r中所有物料配送作业的加权总完工时间，假设i
j
为r的第j个物料配送作业，n
r
为r上的物料配送作业总数，则A2、求解该模型得到V个θ
r
对应值为1的物料配送作业顺序r，将这些物料配送作业顺序构成集合S4、逐个取出中的元素，将其输入物流指令生成器，得到所有物料配送作业的完成时间S5、根据向量λ，对每一个订单a，计算表征订单a的优先级，然后，以优先级从高到低安排订单的生产顺序p；S6、调用生产指令生成器，输入p，输出和和S7、计算次梯度向量g＝t
L
‑
t
P
＝(g1，g2，...，g
F
)，若)，若则和否则，令否则，令重置S8、以生产顺序p为输入，调用次邻域搜索器，每次调用后得到将p和输入协同指令生成器，得到Z
CF
，若Z
CF
＜Z
best
，则Z
best
←
Z
CF
，p
best
＝p，S9、若则重置并用更新向量λ，即
S10、检查算法终止条件：若则终...

【专利技术属性】
技术研发人员：董宇轩，江志斌，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：