一種柔性機器人制造單元的調度方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及柔性機器人制造單元調度技術領域，具體涉及一種柔性機器人制造單元的調度方法。
【背景技術】
[0002]隨著計算機集成制造技術的快速發展，傳統制造業發生了重大而深刻的變革，社會的發展使人工勞動力變的越來越昂貴，且其生產效率低下，為了在激烈的市場競爭中得以生存與發展，企業開始應用自動化生產技術來提高生產效率，工業機器人應運而生，搬運機器人是工業機器人的一種應用，它通過增加搬運導軌等形式，能靈活快速的實現物體的轉運，因而被廣泛應用于制造業，柔性機器人制造單元就是由搬運機器人、機床、搬運導軌等硬件和控制軟件組成的新型智能制造系統如附圖1所示，它能顯著提高生產效率，柔性機器人制造單元在企業的應用過程中產生了新的生產調度問題，目前國內外大多的相關研宄集中在傳統的Job-Shop車間作業調度問題，而對企業運用的柔性機器人制造單元調度問題研宄尚少，因此研宄柔性機器人造制單元的調度問題更符合現代企業的生產需求。
【發明內容】
[0003]為了解決上述技術問題，本發明在傳統的Job-Shop車間作業研宄基礎上，提出了一種應用遺傳算法與領域搜索算法相結合的柔性機器人制造單元的調度方法。
[0004]本發明所采取的技術方案為:
[0005]本發明所提供的一種柔性機器人制造單元的調度方法，包括以下步驟:
[0006]A.根據機器人制造單元的特點和加工工序建立數學模型和析取圖模型，確定調度優化的目標函數和優化調度的求解范圍，以所述目標函數值的倒數作為適應函數，確定最小化完工時間為調度優化目標；
[0007]B.應用遺傳算法初始化種群，并對所述種群中的個體進行評價，經過選擇、交叉、變異運算得到下一代群體；
[0008]C.根據所述遺傳算法確定的一組編碼，找出所述析取圖的關鍵路徑，并找出所述關鍵路徑上的機床塊和機器人塊，通過移動關鍵路徑上機床塊內加工工序的相對位置、互換關鍵路徑上機器人塊內的搬運工序、調整任務分配構建搜索鄰域；
[0009]D.得到關鍵路徑鄰域內的最優解。
[0010]進一步地，所述步驟B中采用的遺傳算法是啟發式搬運工序插入法和啟發式搬運任務分配法相結合的三層調度方法。
[0011]進一步地，步驟C中的移動關鍵路徑上機床塊內加工工序的相對位置遵守的規則為:機床塊內非第一道加工工序移動到所有加工工序之前加工或者機床塊內非最后一道工序移動到所有加工工序之后加工，計算每一次移動后所得的目標函數，如果其更優則記錄。
[0012]進一步地，步驟C中的互換關鍵路徑上機器人塊內的搬運工序遵守的規則為:機器人塊位置的搬運工序分別與其后面位置的搬運工序互換位置，計算每一次互換后所得的目標函數，如果其更優則記錄。
[0013]進一步地，步驟C中的調整任務分配遵守相鄰搬運工序分配給不同機器人的啟發式規則，計算每一次調整后所得的目標函數，如果其更優則記錄。
[0014]本發明的有益效果在于:
[0015]本發明所提供的一種柔性機器人制造單元的調度方法應用遺傳算法與領域搜索算法相結合的混合算法來確定最短完工時間，方便對柔性機器人的調度，有效提高了生產效率，極大的節省了生產成本。
【附圖說明】
[0016]圖1是柔性機器人制造單元的結構示意圖；
[0017]圖2是本發明所提供的一種柔性機器人制造單元的調度方法的析取圖；
[0018]圖3是本發明所提供的一種柔性機器人制造單元的調度方法的實施流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖具體闡明本發明的實施方式，附圖僅供參考和說明使用，不構成對本發明專利保護范圍的限制。
[0020]本發明所提供的一種柔性機器人制造單元的調度方法，包括以下步驟:
[0021]A.根據機器人制造單元的特點(如圖1所示，主要是針對不同布局下的多臺加工機床/工作站M1-M4、搬運機器人、裝載站、卸載站等特點)和加工工序建立數學模型和析取圖模型(如圖2所示)，確定調度優化的目標函數和優化調度的求解范圍，以所述目標函數值的倒數作為適應函數，確定最化完工時間為調度優化目標；
[0022]B.如圖3所示，在本實施例中，應用遺傳算法對基于機床工序編碼產生的初始種群進行初始化，依據加工工序排序，插入機器人搬運工序，并對所述種群中的個體進行評價，即:計算個體的適應值gen，若個體適應值gen不小于最大代數，則輸出結果并退出程序，如果個體適應值gen小于最大代數，則通過輪盤賭方法選擇種群個體，再經過交叉、變異運算得到下一代群體，本步驟中采用的遺傳算法是啟發式搬運工序插入法和啟發式搬運任務分配法相結合的三層調度方法；
[0023]C.根據所述遺傳算法確定的一組編碼，找出所述析取圖的關鍵路徑(如圖2所示的灰色陰影部分與箭頭表示的關鍵路徑)，并找出所述關鍵路徑上的機床塊和機器人塊，通過移動關鍵路徑上機床塊內加工工序的相對位置、互換關鍵路徑上機器人塊內的搬運工序、調整任務分配構建搜索鄰域，并對局部塊領域進行搜索操作，計算最大完工時間Cmax’，如圖3所示，將最大完工時間Cmax’與計算的含搬運工序的job-shop調度模型的Cmax比較，若Cmax ’不大于Cmax,則保留原有種群和調度機器工序，若Cmax ’大于Cmax，則計算適應值、更新原有種群，并記錄最優結果機器工序，比較Cmax’與Cmax后，適應值gen = gen+1，返回適應值gen與最大代數的比較步驟；
[0024]D.通過對最大完工時間Cmax’的優化，得到關鍵路徑鄰域內的最優解。
[0025]在上述步驟C中，移動關鍵路徑上機床塊內加工工序的相對位置遵守的規則為:機床塊內非第一道加工工序移動到所有加工工序之前加工或者機床塊內非最后一道工序移動到所有加工工序之后加工，計算每一次移動后所得的目標函數，如果其更優則記錄；
[0026]在上述步驟C中，互換關鍵路徑上機器人塊內的搬運工序遵守的規則為:機器人塊位置的搬運工序分別與其后面位置的搬運工序互換位置，計算每一次互換后所得的目標函數，如果其更優則記錄；
[0027]在上述步驟C中，調整任務分配遵守相鄰搬運工序分配給不同機器人的啟發式規貝IJ，計算每一次調整后所得的目標函數，如果其更優則記錄；
[0028]本發明所提供的一種柔性機器人制造單元的調度方法應用遺傳算法與領域搜索算法相結合的混合算法來確定最短完工時間，方便對柔性機器人的調度，有效提高了生產效率和節省生產成本。
[0029]以上所揭露的僅為本發明的較佳實施例，不能以此來限定本發明的權利保護范圍，因此依本發明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的范圍。
【主權項】
1.一種柔性機器人制造單元的調度方法，其特征在于，包括以下步驟: A.根據機器人制造單元的特點和加工工序建立數學模型和析取圖模型，確定調度優化的目標函數和優化調度的求解范圍，以所述目標函數值的倒數作為適應函數，確定最小化完工時間為調度優化目標； B.應用遺傳算法初始化種群，并對所述種群中的個體進行評價，經過選擇、交叉、變異運算得到下一代群體； C.根據所述遺傳算法確定的一組編碼，找出所述析取圖的關鍵路徑，并找出所述關鍵路徑上的機床塊和機器人塊，通過移動關鍵路徑上機床塊內加工工序的相對位置、互換關鍵路徑上機器人塊內的搬運工序、調整任務分配構建搜索鄰域； D.得到關鍵路徑鄰域內的最優解。
2.根據權利要求1所述的柔性機器人制造單元的調度方法，其特征在于: 所述步驟B中采用的遺傳算法是啟發式搬運工序插入法和啟發式搬運任務分配法相結合的三層調度方法。
3.根據權利要求1所述的柔性機器人制造單元的調度方法，其特征在于: 步驟C中的移動關鍵路徑上機床塊內加工工序的相對位置遵守的規則為: 機床塊內非第一道加工工序移動到所有加工工序之前加工或者機床塊內非最后一道工序移動到所有加工工序之后加工，計算每一次移動后所得的目標函數，如果其更優則記錄。
4.根據權利要求1所述的柔性機器人制造單元的調度方法，其特征在于: 步驟C中的互換關鍵路徑上機器人塊內的搬運工序遵守的規則為: 機器人塊位置的搬運工序分別與其后面位置的搬運工序互換位置，計算每一次互換后所得的目標函數，如果其更優則記錄。
5.根據權利要求1所述的柔性機器人制造單元的調度方法，其特征在于: 步驟C中的調整任務分配遵守相鄰搬運工序分配給不同機器人的啟發式規則，計算每一次調整后所得的目標函數，如果其更優則記錄。
【專利摘要】本發明所提供的一種柔性機器人制造單元的調度方法，包括根據機器人制造單元的特點和加工工序建立數學模型和析取圖模型，確定調度優化的目標函數和優化調度的求解范圍、應用遺傳算法初始化種群、根據所述遺傳算法確定的一組編碼，找出所述析取圖的關鍵路徑和得到關鍵路徑鄰域內的最優解等四步，本發明所提供的一種柔性機器人制造單元的調度方法應用遺傳算法與領域搜索算法相結合的混合算法來求得最短完工時間，方便對柔性機器人的調度，有效提高了生產效率，極大的節省了生產成本。
【IPC分類】G05B19-418
【公開號】CN104808629
【申請號】CN201510187503
【發明人】楊煜俊, 龍傳澤, 彭常進
【申請人】廣東工業大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月20日