一种面向混合废旧产品的U型不完全拆卸线平衡控制方法技术

本发明专利技术公开了一种面向混合废旧产品的U型不完全拆卸线平衡控制方法，包括以下步骤：S1、构建以最小化工作站数量、危害指标、拆卸深度和最大化工作站负载平滑度为目标的拆卸线平衡优化模型；S2、采用MonteCarlo模拟初始化方法生成父代种群；S3、采用两阶段交叉、变异方法处理父代种群，生成子代种群；S4、合并父代种群与子代种群，生成混合种群；S5、采用全局多层次精英策略制对混合种群进行筛选，生成父代种群，将父代种群输出至外部档案；S6、按既定迭代次数重复步骤S3

【技术实现步骤摘要】
一种面向混合废旧产品的U型不完全拆卸线平衡控制方法


[0001]本专利技术涉及拆卸线平衡
，特别涉及一种面向混合废旧产品的U型不完全拆卸线平衡控制方法。

技术介绍

[0002]随着科技的飞速发展，产品更新换代速度日益加快，伴随而来的是大量废旧产品的产生，这些废旧产品内包含有子功能健全的零件和可再回收利用的原材料，同时也包含有污染环境的有害物，如果对废旧产品放任不管，将造成资源浪费与环境污染，给社会带来巨大的经济与环境压力。所以废旧产品的回收再利用是实现可持续发展的必由之路。
[0003]在拆卸线上进行拆卸操作是实现大规模拆卸的最佳选择。拆卸线的布局是影响拆卸效率的重要因素，目前拆卸线的布局主要分为直线型、双边、并行、U型。其中U型拆卸线布局是拆卸线的一种重要布局方式，它分为U型拆卸线的入口侧与U型拆卸线的出口侧，在U型拆卸线中，操作人员能够同时在U型拆卸线的入口侧与出口侧执行拆卸任务，所以U型拆卸线具有拆卸效率高、拆卸任务分配灵活、占用工厂空间小的优点。在生产实践中，实现U型拆卸线平衡对拆卸企业来说具有重要实用价值。但U型拆卸线平衡问题的解空间大，求解难度高。现有的求解方法在求解U型拆卸线平衡问题时，都存在求解质量差的问题。
[0004]随着科技的发展，拆卸过程中引入了自动破碎机、自动分拣机，这使得不完全拆卸作业方式逐渐成为主流拆卸作业方式。不完全拆卸作业方式要求必须拆除具有需求属性和危害属性的零件，其余零件可以根据优化目标以及拆卸任务之间的优先关系选择是否拆卸。相比于传统的完全拆卸，不完全拆卸作业方式借助自动破碎机与自动分拣机对不需要拆卸的零件进行破碎与自动分拣，大幅度提高了拆卸效率，降低了拆卸作业成本。因此不完全拆卸作业方式被拆卸企业广泛关注，这催生了不完全拆卸线平衡问题。目前处理不完全拆卸线平衡问题的方法较少，对不完全拆卸线平衡问题进行建模，并给出高性能的求解方法成为亟待解决的问题。
[0005]面对废旧产品多元化、零部件种类繁多的实际情况，每种废旧产品对应一种拆卸方案的拆卸线会造成资源的巨大浪费，因此能够拆卸多产品的混合产品拆卸线被迫切需要，这就带来了混合产品拆卸线平衡问题。求解混合产品拆卸线平衡问题是非常具有挑战性的，因为在求解过程中需要在满足每个产品的优先级约束的条件下，优化预定义目标，决定每个产品的拆卸方案；此外，随着混合产品的数量增加，拆卸任务也不断增加，这使得解空间不断变大，求解难度不断上升。因此，需要一种能够高效处理混合产品拆卸线平衡问题的方法。
[0006]整合U型拆卸线布局、不完全拆卸作业方式和混合产品拆卸线的优点，建立一种面向混合废旧产品的U型不完全拆卸线平衡问题，给出高效的求解方法，对拆卸作业具有重要意义。目前，国内外相关学者对拆卸线平衡问题进行了深入研究，提出了多种拆卸线平衡问题，提出的拆卸线平衡问题包括工位数固定的拆卸线平衡问题，考虑工具变换能耗的拆卸线平衡问题，考虑人机协同的拆卸线平衡问题，考虑混合废旧产品的拆卸线平衡问题等，但
目前尚没有相关人员提出面向混合废旧产品的U型不完全拆卸线平衡问题。因此，我们提出了一个以最小化工作站数量、危害指标、拆卸深度和最大化工作站负载平滑度为目标的混合废旧产品的U型不完全拆卸线平衡问题(MUPDLBP)。
[0007]除了提出拆卸线平衡问题，国内外学者还提出了许多求解拆卸线平衡问题的方法，这些方法包括改进NSGAⅡ算法，改进多目标粒子群算法，改进头脑风暴算法，改进人工蜂群算法等，但是这些方法在求解复杂拆卸线平衡问题时的求解质量很难令人满意，求得的Pareto前沿的收敛性、多样性、均匀性较差，尤其是在求解MUPDLBP时，性能表现更差。
[0008]因此，需要提供一种面向混合废旧产品的U型不完全拆卸线平衡控制方法，建立面向混合废旧产品U型不完全拆卸线的数学模型，并能根据拆卸任务信息求出混合废旧产品U型不完全拆卸线平衡的最优方案，提供一种高效的拆卸作业方式。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，有必要提供一种面向混合废旧产品的U型不完全拆卸线平衡控制方法，以实现高效拆卸作业。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0011]本专利技术提供了一种面向混合废旧产品的U型不完全拆卸线平衡控制方法，包括以下步骤：
[0012]S1、构建以最小化工作站数量、危害指标、拆卸深度和最大化工作站负载平滑度为目标的拆卸线平衡优化模型，并建立各个待拆卸产品的优先关系矩阵；其中，所述拆卸线平衡优化模型为：
[0013][0014][0015][0016][0017][0018][0019][0020]在上述公式中，式(1)
‑
(4)为目标函数，式(5)
‑
(7)为约束条件；式(1)为最小化开启的工作站数函数；式(2)为最小化危险指标函数；式(3)为最小化拆卸深度函数；式(4)为最大化工作站负载平滑度函数；式(5)为拆卸任务间的优先关系约束；式(6)为拆卸必要性约束；式(7)为节拍时间约束；NS为开启的工作站数量；HI为危害指标；DD为拆卸深度；SI为工作站负载平滑度；k为工作站编号，k∈{1,2,
…
,K}，K为工作站数量；m为废旧产品种类编号；i为拆卸任务编号；Nap为废旧产品种类的数量；Nm为第m种废旧产品的总拆卸任务量；Tk为工作站k中执行的所有拆卸任务的时间之和，Tc为所有Tk中的最大值，T
c
＝max(T
k
)；dmi为产品m中拆卸任务i对应零件的需求属性，如果该零件为需求零件，则dmi＝1，否则dmi＝0；hmi为产品m中拆卸任务i对应零件的危害属性，如果该零件是有危害的，则hmi＝1，否则hmi＝0；tmi为产品m中拆卸任务i的作业时间；Pm(i)为废旧产品m中拆卸任务i的紧前拆卸任务集合；Sm(i)为废旧产品m中拆卸任务i的紧后拆卸任务集合；sk为工作站开启状态变量，如果工作站k开启则sk＝1，否则sk＝0；Omi为拆卸任务执行顺序变量，为拆卸任务分配变量，如果第m个产品的第i个拆卸任务被分配到U型拆卸线的第k个工作站的入口侧执行，则否则
[0021]S2、采用Monte Carlo模拟初始化方法生成数量为Pop_num的父代种群；
[0022]S3、采用两阶段交叉方法与两阶段变异方法处理父代种群中的个体，生成子代种群；
[0023]S4、合并父代种群与子代种群，生成混合种群，并计算混合种群中所有个体的目标函数值；
[0024]S5、采用全局多层次精英策略对混合种群进行筛选，生成新的父代种群，将新的父代种群输出至外部档案；
[0025]S6、按既定迭代次数重复S3
‑
S5；
[0026]S7、输出外部档案中的Pareto较优解作为拆卸方案。
[0027]进一步地，步骤S2中，所述种群是由多组可行的拆卸任务序列组成的，每组可行的拆卸任务序列作为一个种群个体；每组可行的拆卸任务序列均采用二维整数编码方式表示；每本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向混合废旧产品的U型不完全拆卸线平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建以最小化工作站数量、危害指标、拆卸深度和最大化工作站负载平滑度为目标的拆卸线平衡优化模型，并建立各个待拆卸产品的优先关系矩阵；其中，所述拆卸线平衡优化模型为：化模型为：化模型为：化模型为：化模型为：化模型为：化模型为：在上述公式中，式(1)
‑
(4)为目标函数，式(5)
‑
(7)为约束条件；式(1)为最小化开启的工作站数函数；式(2)为最小化危险指标函数；式(3)为最小化拆卸深度函数；式(4)为最大化工作站负载平滑度函数；式(5)为拆卸任务间的优先关系约束；式(6)为拆卸必要性约束；式(7)为节拍时间约束；NS为开启的工作站数量；HI为危害指标；DD为拆卸深度；SI为工作站负载平滑度；k为工作站编号，k∈{1,2,
…
,K}，K为工作站数量；m为废旧产品种类编号；i为拆卸任务编号；Nap为废旧产品种类的数量；Nm为第m种废旧产品的总拆卸任务量；Tk为工作站k中执行的所有拆卸任务的时间之和，Tc为所有Tk中的最大值，T
c
＝max(T
k
)；dmi为产品m中拆卸任务i对应零件的需求属性，如果该零件为需求零件，则dmi＝1，否则dmi＝0；hmi为产品m中拆卸任务i对应零件的危害属性，如果该零件是有危害的，则hmi＝1，否则hmi＝0；tmi为产品m中拆卸任务i的作业时间；Pm(i)为废旧产品m中拆卸任务i的紧前拆卸任务集合；Sm(i)为废旧产品m中拆卸任务i的紧后拆卸任务集合；sk
为工作站开启状态变量，如果工作站k开启则sk＝1，否则sk＝0；Omi为拆卸任务执行顺序变量，为拆卸任务分配变量，如果第m个产品的第i个拆卸任务被分配到U型拆卸线的第k个工作站的入口侧执行，则否则S2、采用Monte Carlo模拟初始化方法生成数量为Pop_num的父代种群；S3、采用两阶段交叉方法与两阶段变异方法处理父代种群中的个体，生成子代种群；S4、合并父代种群与子代种群，生成混合种群，并计算混合种群中所有个体的目标函数值；S5、采用全局多层次精英策略对混合种群进行筛选，生成新的父代种群，将新的父代种群输出至外部档案；S6、按既定迭代次数重复S3
‑
S5；S7、输出外部档案中的Pareto较优解作为拆卸方案。2.根据权利要求1所述的面向混合废旧产品的U型不完全拆卸线平衡控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述种群是由多组可行的拆卸任务序列组成的，每组可行的拆卸任务序列作为一个种群个体；每组可行的拆卸任务序列均采用二维整数编码方式表示；每组可行的拆卸任务序列中的第一维编码的每个整数的绝对值代表待拆卸的废旧产品编号；每组可行的拆卸任务序列中的第二维编码的每个整数的绝对值代表与第一维编码对应的待拆卸产品的拆卸任务编号，第二维编码中的整数的正负号代表对应的拆卸任务被分配到U型拆卸线中的位置，第二维编码中的正整数表示对应的拆卸任务被分配到U型拆卸线的入口侧执行，第二维编码中的负整数表示对应的拆卸任务被分配到U型拆卸线的出口侧执行。3.根据权利要求1所述的面向混合废旧产品的U型不完全拆卸线平衡控制方法，其特征在于，步骤S2的具体流程如下：S201、确定需要被拆卸的废旧产品的集合E，E＝{1,2,
…
Nap}；S202、从集合E中选取需要被拆卸的废旧产品m，m＝1；S203、针对每一个当前种群个体pop_m，根据废旧产品m的拆卸任务间优先关系矩阵Pm和影子优先关系矩阵PmT，在所有未分配的拆卸任务中找出紧前工作为空的拆卸任务，组成待分配拆卸任务集C，也即找出P中所有列元素之和为0所在列所对应的拆卸任务，并剔除在pop_m中已经记录的拆卸任务；在所有未分配的拆卸任务中找出紧后工作为空的拆卸任务，组成影子待分配拆卸任务集Cs，也即找出PT中所有列元素之和为0所在列所对应的拆卸任务，并剔除在pop_m中已经记录的拆卸任务；S204、在集合{C，Cs}中随机选择一项拆卸任务i，如果拆卸任务i来自集合C，则先将拆卸任务i的编号记作+i，再将+i记录到当前种群个体pop_m的当前位置；如果拆卸任务i来自集合Cs，则先将拆卸任务i的编号记作
‑
i，再将
‑
i记录到当前种群个体pop_m的当前位置中；S205、若S204中选择的拆卸任务i来自集合C，则解除与拆卸任务i相关联的所有紧前约束，也即将P中拆卸任务i所在行元素置为0；若S204中选择的拆卸任务i来自集合Cs，则解除与拆卸任务i相关联的所有紧后约束，也即将PT中拆卸任务i所在行元素置为0；S206、重复S203
‑
S205直至废旧产品m的所有拆卸任务都完成分配，得到一组可行的拆卸任务序列pop_m作为一个种群个体；S207、重复S203
‑
S206直到为废旧产品m产生Pop_m个种群个体；
S208、取出当前种群个体pop_m的前D个元素，产生深度为D的不完全拆卸序列icpop_m，将icpop_m输出至不完全拆卸序列集Q；S209、重复S208，直到S207中的所有种群个体均产生了对应的不完全拆卸序列；S210、对Q去重，产生无重复不完全拆卸序列集Q_d；S211、顺序取出Q_d中的元素q_d；S212、计算q_d在Q中的出现频率fq_d；S213、将q_d作为当前种群个体pop_m，重复S203
‑
S205直至废旧产品m的所有拆卸任务都完成分配；S214、重复S213直到为废旧产品m产生Pop_m
×
fq_d个种群个体；S215、重复S211
‑
S214直到Q_d中的全部元素都被取出；S216、重复S201
‑
S215直到为集合E中的所有需要被拆卸的废旧产品均产生Pop_m个种群个体；S217、分别从各个产品的种群个体中随机选出一个种群个体；S218、在保持各个产品种群个体内在拆卸任务顺序不变的前提下，将不同产品拆卸任务随机组合，得到一个混合产品的种群个体；S219、重复S217
‑
S218直到产生Pop_m个混合产品种群个体；S220、将S219中得到的Pop_m个混合产品种群个体组成父代种群，并输出父代种群。4.根据权利要求1所述的面向混合废旧产品的U型不完全拆卸线平衡控制方法，其特征在于，步骤S3中所述两阶段交叉方法的具体流程如下：S301、在父代种群中随机选择两个种群个体定义两个配对个体，分别将两个配对个体记作Pop_1、Pop_2；S302、在配对个体的可行拆卸序列上随机选择相同的两点，互相映射可行拆卸序列上两点间的元素并移动其位置，使配对个体分别形成两个新的拆卸序列，分别将两个新的拆卸序列记作Seq_1，Seq_2；S303、选择Pop_1与Seq_1作为当前父代个体NowPop与当前新的拆卸序列NowSeq；S304、将NowPop与NowSeq进行比较，查找出拆卸序列上第二维编码中编码的正负号发生改变的元素作为当前元素NowEle，并确定NowEle对应的废旧产品编号m与拆卸任务编号i；S305、判断NowEle的第二维编码的正负号，如果为正号则转到S306，否则转到S307；S306、查找NowEle的所有紧前工作，并转到S308；S307、查找NowEle的所有紧后工作，并转到S309；S308、判断NowSeq中NowEle的所有紧前工作对应编码的是否全为正号，如果是则转到S314，否则转到S310；S309、判断NowSeq中NowEle的所有紧后工作对应编码的是否全为负号，如果是则转到S315，否则转到S312；S310、在NowEle的第二维编码的绝对值不变的条件下，将NowEle的第二维编码修改为负整数；S311、查找NowEle的所有紧后工作，并转到S315；S312、在NowEle的第二维编码的绝对值不变的条件下，将NowEle的第二维编码修改为
正整数；S313、查找NowEle的所有紧前工作，并转到S314；S314、在NowSeq中调整NowEle的位置到所有紧前拆卸任务之后的任意位置，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩勇，徐振宇，邹亦欣，陈雨薇，邱子艺，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：