【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种人机协作拆卸线平衡方法，具体涉及一种基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法及其制备方法和应用。
技术介绍
1、拆卸是废旧产品回收再利用的首要关键环节，企业以流水线的生产方式将有价值的零部件进行拆卸回收再利用的过程中除了考虑生产效率、降低成本，还应该合理配置资源、减少能源消耗。
2、传统的手工拆卸线中通常采取人工手动拆卸，但这种方式拆卸效率低，劳动力成本高。相比之下机器人拆卸线则具备高生产率、低劳动力成本、长持续性等优势。除此之外，针对一些具有危险性的拆卸工作机器人能够替换人类去完成从而避免了安全问题。但是，由于机器人缺乏应对突发问题时的灵活处理能力和普适性以及技术层面上的原因等，目前机器人还不能完全性替代工人进行自动化作业。随着协作机器人的发展，通过人机交互技术，在废品拆卸过程中将机器人拆卸和手动拆卸的优点相结合的人机协同拆卸作业方式具有更高的灵活性和效率，拥有广阔的发展前景和市场需求。
3、传统拆卸线平衡问题(disassembly line balancing problem，dlbp)主要考虑线平衡过程中废旧产品各零部件之间的拆卸作业优先顺序关系以及拆卸线各工位间的作业负荷均衡程度，而人机协作拆卸线平衡问题在此基础上还需要考虑了拆卸操作者的任务分配、各工位操作者数量分配、以及操作者之间的协同作业方式等，因此人机协作拆卸线平衡问题相较于传统拆卸线平衡问题更为复杂。而目前的现有技术中主要围绕以提升拆卸效率、降低拆卸成本、提升拆卸过程中工人安全系数为优化重心进行研究，针对人机协作拆
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种解决能耗的人机协作拆卸线平衡问题，根据废旧产品各零部件的特征属性与拆卸操作者类型之间的映射特性，对不同特征属性零部件对应的拆卸任务分配不同的拆卸操作者，同时还解决协作机器人的引入造成的能耗增加问题的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，包括以下步骤：
2、1)以最小化工作站开启数量、最小化空闲时间均衡指标、最小化拆卸成本与最小化拆卸能耗为优化目标构建目标函数：
3、2)通过改进的人工鱼群算法求解最优解；
4、3)将拆卸任务序列分配到工作站，并确定开启的工作站分配的操作者类型；
5、4)根据成立的拆卸任务序列、开启的工作站、工作站分配的操作者类型完成对人机协作拆卸线的平衡优化配置。
6、优选地，1)中构建的目标函数为：
7、
8、
9、
10、minf4＝ei+em+er+ef
11、
12、
13、
14、
15、约束条件：
16、
17、
18、
19、
20、
21、
22、
23、
24、
25、
26、
27、式(1)-(14)中，i：拆卸任务编号，i,j＝1,2,…n；
28、k：工作站编号，k＝1,2,…,k；
29、ct：工作站的生产节拍时间；
30、w：操作者类型，w＝1,2；若操作者为工人，则w＝1，若操作者为机器人，则w＝2；
31、：任务i分配给操作者w拆卸时所需的作业时间；
32、hi：若拆卸任务i具有危害属性，则hi＝1，否则hi＝0；
33、di：若拆卸任务i具有再利用/再制造需求属性，则di＝1，否则di＝0；
34、ri：第i个拆卸任务的操作方向，拆卸任务的操作方向共6种:±x,±y,±z；
35、xikw：若任务i分配给工作站k中的操作者w，则xikw＝1，否则xikw＝0；
36、sk：若工作站开启，则sk＝1，否则sk＝0；
37、若操作者w分配给工作站k，则否则
38、ri：指拆卸序列第i个位置对应的拆卸任务操作方向的变动性，若ri≠ri-1，则ri＝1否则ri＝0；
39、pij：若拆卸任务i为拆卸任务j的紧前任务，则pij＝1，否则pij＝0，由此构造拆卸作业优先关系矩阵tp＝(pij)n×n；
40、ck：开启一个人机协作拆卸工作站的固定成本；
41、cr：机器人的固定使用成本；
42、crt：机器人单位作业时间的拆卸成本；
43、cpt：工人单位作业时间的拆卸成本；
44、ei：机器人单位作业时间的拆卸能耗；
45、em：表示机器人单位时间的待机能耗；
46、er：表示机器人每次换向操作所需的能耗；
47、ef：其他能耗，包括工作站固定能耗、照明、及通风能耗；
48、针对目标函数：式(1)表示优化目标f1为开启工作站数目，为降低废旧产品的拆卸成本以及减少拆卸生产占地面积，应该尽可能减少人机协作拆卸生产线的工作站开启数量；
49、式(2)表示优化目标f2为最小化空闲时间均衡指标，为使各拆卸任务分配到工作站时各工作站的空闲时间尽可能少，同时使各工作站的空闲时间尽可能均衡；
50、式(3)表示优化目标f3为最小化拆卸成本，在满足拆卸条件下使拆卸成本最少，拆卸成本包括工人单位时间拆卸成本、机器人单位时间拆卸成本、开启工作站固定成本；
51、式(4)表示优化目标f4最小化拆卸能耗，在满足拆卸条件下拆卸能耗最少，拆卸能耗包括机器人单位时间拆卸能耗、机器人单位时间待机能耗、带拆卸产品转向能耗、工作站固定能耗；
52、针对约束条件：式(5)限定每项拆卸任务都需被分配到某一个工作站拆卸，且每个任务只能分配一次；
53、式(6)表示人机协作拆卸线工作站的开启数量应大于等于1且小于等于n；
54、式(7)与式(8)表示当工作站开启时需要拆卸任务分配，且工作站须按顺序开启；
55、式(9)表示开启的每个工作站只能有一个操作者；
56、式(10)与式(11)表示危害零件分配给机器人、有再利用/再制造需求的零部件分配给工人；
57、式(12)表示节拍约束，即分配至各工作站中的各项拆卸任务的作业时间之和不得超过生产节拍时间；
58、式(13)为拆卸任务间的作业优先顺序关系约束；
59、式(14)表示若任务i分配至工作站k且分配给操作者w，则操作者w必须分配至工作站k。
60、优选地，3)的具体步骤如下：
61、s1、输入拆卸任务序列，开启第一个工作站ws＝1，记当前任务位置为k＝1,记工作站剩余可分配时间rt，令rt＝ct；
62、s2、提取第k个位置任务i的拆卸时间判断其拆卸时间是否大于rt，若是，令rt＝ct，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：1)中构建的目标函数为：
3.根据权利要求2所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：3)的具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：2)中对人工鱼群算法进行以下改进：
5.根据权利要求4所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：2-1)包括以下步骤：记录当前状态的人工鱼Xprey，并将其设置为觅食行为的公告牌Qprey；
6.根据权利要求5所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：2-2)中，引入NSGA-II拥挤距离机制评价每个非劣解，将每个目标函数fd降序排列,其中d∈{1,2,…D}，定义目标函数fd的最大值fd,k和最小值fd,1对应个体的拥挤距离L1＝Lg＝∞，个体g的拥挤距离的公式如下：
7.根据权利要求6所述的基于改
8.根据权利要求7所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：2-3)中包括以下步骤：对当前人工鱼Xchase视野V范围内的N个人工鱼执行追尾操作；若N＝0，当前视野内可追尾个体为0则表明追尾失败，执行觅食行为；若N≠0,记录视野中的N个人工鱼作为追尾行为的公告牌Qchase，将当前人工鱼Xchase置于公告牌中进行非支配排序，筛选出公告牌中的非劣解；若公告牌中只剩下Xchase则追尾失败，执行觅食行为；若公告牌中除了Xchase还存在N-1个非劣解且N/Xfish_num≤δ，表明追尾成功，否则执行觅食行为。
9.根据权利要求8所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：2-3)中局部搜索策略如下：对人工鱼群算法聚群行为和追尾行为产生的解进行局部搜索，保持一个解的第一段拆卸任务序列编码不变的条件下，对其第二段拆卸操作者类型所对应的编码进行部分片段的互换从而生成一个新的解，然后通过对比改变前后的2个解选则较优的一个。
10.根据权利要求9所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：2-4)中包括以下步骤：
11.根据权利要求10所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：2-4)中模拟退火扰动如下：选择种群中一个个体fish，随机选择一个任务i，并找到任务i在第一段编码中的紧前任务的位置a1和紧后任务的位置b1以及任务i紧前任务和紧后任务在第二段编码中的对应位置；此时任务i可插入a1和b1之间任意位置，相应的把任务i第二段编码也插到对应的位置；此时任务a可插入a1和b1之间任意位置，然后把任务i所对应的0-1编码也插入第二段编码中相对应的位置；在随机插入之后，对于在a1和b1区间内的其他任务，在保证不改变危害零件和需求零件相应操作者匹配的前提下，将个体fish中代表不同类型操作者的第二段编码对应的数字标号0-1进行互换；在随机插入之后，针对a1和b1区间的普通任务也就是那些不具备危害属性和可利用和再制造属性零部件所对应的任务，通过变更其对应第二段编码中0-1编码来变更这些任务的拆卸操作者类型。
...【技术特征摘要】
1.基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：1)中构建的目标函数为：
3.根据权利要求2所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：3)的具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：2)中对人工鱼群算法进行以下改进：
5.根据权利要求4所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：2-1)包括以下步骤：记录当前状态的人工鱼xprey，并将其设置为觅食行为的公告牌qprey；
6.根据权利要求5所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：2-2)中，引入nsga-ii拥挤距离机制评价每个非劣解，将每个目标函数fd降序排列,其中d∈{1,2,…d}，定义目标函数fd的最大值fd,k和最小值fd,1对应个体的拥挤距离l1＝lg＝∞，个体g的拥挤距离的公式如下：
7.根据权利要求6所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：2-2)中包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于改进人工鱼群算法的人机协作拆卸线平衡方法，其特征在于：2-3)中包括以下步骤：对当前人工鱼xchase视野v范围内的n个人工鱼执行追尾操作；若n＝0，当前视野内可追尾个体为0则表明追尾失败，执行觅食行为；若n≠0,记录视野中的n个人工鱼作为追尾行为的公告牌qchase，将当前人工鱼xchase置于公告牌中进行非支配排序，筛选出公告牌中的非劣解；若公...
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