一種柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及柔性機(jī)器人制造單元調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計算機(jī)集成制造技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)生了重大而深刻的變革，社會的發(fā)展使人工勞動力變的越來越昂貴，且其生產(chǎn)效率低下，為了在激烈的市場競爭中得以生存與發(fā)展，企業(yè)開始應(yīng)用自動化生產(chǎn)技術(shù)來提高生產(chǎn)效率，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)運而生，搬運機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人的一種應(yīng)用，它通過增加搬運導(dǎo)軌等形式，能靈活快速的實現(xiàn)物體的轉(zhuǎn)運，因而被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，柔性機(jī)器人制造單元就是由搬運機(jī)器人、機(jī)床、搬運導(dǎo)軌等硬件和控制軟件組成的新型智能制造系統(tǒng)如附圖1所示，它能顯著提高生產(chǎn)效率，柔性機(jī)器人制造單元在企業(yè)的應(yīng)用過程中產(chǎn)生了新的生產(chǎn)調(diào)度問題，目前國內(nèi)外大多的相關(guān)研宄集中在傳統(tǒng)的Job-Shop車間作業(yè)調(diào)度問題，而對企業(yè)運用的柔性機(jī)器人制造單元調(diào)度問題研宄尚少，因此研宄柔性機(jī)器人造制單元的調(diào)度問題更符合現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明在傳統(tǒng)的Job-Shop車間作業(yè)研宄基礎(chǔ)上，提出了一種應(yīng)用遺傳算法與領(lǐng)域搜索算法相結(jié)合的柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法。
[0004]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為:
[0005]本發(fā)明所提供的一種柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法，包括以下步驟:
[0006]A.根據(jù)機(jī)器人制造單元的特點和加工工序建立數(shù)學(xué)模型和析取圖模型，確定調(diào)度優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化調(diào)度的求解范圍，以所述目標(biāo)函數(shù)值的倒數(shù)作為適應(yīng)函數(shù)，確定最小化完工時間為調(diào)度優(yōu)化目標(biāo)；
[0007]B.應(yīng)用遺傳算法初始化種群，并對所述種群中的個體進(jìn)行評價，經(jīng)過選擇、交叉、變異運算得到下一代群體；
[0008]C.根據(jù)所述遺傳算法確定的一組編碼，找出所述析取圖的關(guān)鍵路徑，并找出所述關(guān)鍵路徑上的機(jī)床塊和機(jī)器人塊，通過移動關(guān)鍵路徑上機(jī)床塊內(nèi)加工工序的相對位置、互換關(guān)鍵路徑上機(jī)器人塊內(nèi)的搬運工序、調(diào)整任務(wù)分配構(gòu)建搜索鄰域；
[0009]D.得到關(guān)鍵路徑鄰域內(nèi)的最優(yōu)解。
[0010]進(jìn)一步地，所述步驟B中采用的遺傳算法是啟發(fā)式搬運工序插入法和啟發(fā)式搬運任務(wù)分配法相結(jié)合的三層調(diào)度方法。
[0011]進(jìn)一步地，步驟C中的移動關(guān)鍵路徑上機(jī)床塊內(nèi)加工工序的相對位置遵守的規(guī)則為:機(jī)床塊內(nèi)非第一道加工工序移動到所有加工工序之前加工或者機(jī)床塊內(nèi)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(biāo)函數(shù)，如果其更優(yōu)則記錄。
[0012]進(jìn)一步地，步驟C中的互換關(guān)鍵路徑上機(jī)器人塊內(nèi)的搬運工序遵守的規(guī)則為:機(jī)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(biāo)函數(shù)，如果其更優(yōu)則記錄。
[0013]進(jìn)一步地，步驟C中的調(diào)整任務(wù)分配遵守相鄰搬運工序分配給不同機(jī)器人的啟發(fā)式規(guī)則，計算每一次調(diào)整后所得的目標(biāo)函數(shù)，如果其更優(yōu)則記錄。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
[0015]本發(fā)明所提供的一種柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法應(yīng)用遺傳算法與領(lǐng)域搜索算法相結(jié)合的混合算法來確定最短完工時間，方便對柔性機(jī)器人的調(diào)度，有效提高了生產(chǎn)效率，極大的節(jié)省了生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0016]圖1是柔性機(jī)器人制造單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明所提供的一種柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法的析取圖；
[0018]圖3是本發(fā)明所提供的一種柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法的實施流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖具體闡明本發(fā)明的實施方式，附圖僅供參考和說明使用，不構(gòu)成對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制。
[0020]本發(fā)明所提供的一種柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法，包括以下步驟:
[0021]A.根據(jù)機(jī)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(jī)床/工作站M1-M4、搬運機(jī)器人、裝載站、卸載站等特點)和加工工序建立數(shù)學(xué)模型和析取圖模型(如圖2所示)，確定調(diào)度優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化調(diào)度的求解范圍，以所述目標(biāo)函數(shù)值的倒數(shù)作為適應(yīng)函數(shù)，確定最化完工時間為調(diào)度優(yōu)化目標(biāo)；
[0022]B.如圖3所示，在本實施例中，應(yīng)用遺傳算法對基于機(jī)床工序編碼產(chǎn)生的初始種群進(jìn)行初始化，依據(jù)加工工序排序，插入機(jī)器人搬運工序，并對所述種群中的個體進(jìn)行評價，即:計算個體的適應(yīng)值gen，若個體適應(yīng)值gen不小于最大代數(shù)，則輸出結(jié)果并退出程序，如果個體適應(yīng)值gen小于最大代數(shù)，則通過輪盤賭方法選擇種群個體，再經(jīng)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(fā)式搬運工序插入法和啟發(fā)式搬運任務(wù)分配法相結(jié)合的三層調(diào)度方法；
[0023]C.根據(jù)所述遺傳算法確定的一組編碼，找出所述析取圖的關(guān)鍵路徑(如圖2所示的灰色陰影部分與箭頭表示的關(guān)鍵路徑)，并找出所述關(guān)鍵路徑上的機(jī)床塊和機(jī)器人塊，通過移動關(guān)鍵路徑上機(jī)床塊內(nèi)加工工序的相對位置、互換關(guān)鍵路徑上機(jī)器人塊內(nèi)的搬運工序、調(diào)整任務(wù)分配構(gòu)建搜索鄰域，并對局部塊領(lǐng)域進(jìn)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(diào)度模型的Cmax比較，若Cmax ’不大于Cmax,則保留原有種群和調(diào)度機(jī)器工序，若Cmax ’大于Cmax，則計算適應(yīng)值、更新原有種群，并記錄最優(yōu)結(jié)果機(jī)器工序，比較Cmax’與Cmax后，適應(yīng)值gen = gen+1，返回適應(yīng)值gen與最大代數(shù)的比較步驟；
[0024]D.通過對最大完工時間Cmax’的優(yōu)化，得到關(guān)鍵路徑鄰域內(nèi)的最優(yōu)解。
[0025]在上述步驟C中，移動關(guān)鍵路徑上機(jī)床塊內(nèi)加工工序的相對位置遵守的規(guī)則為:機(jī)床塊內(nèi)非第一道加工工序移動到所有加工工序之前加工或者機(jī)床塊內(nèi)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(biāo)函數(shù)，如果其更優(yōu)則記錄；
[0026]在上述步驟C中，互換關(guān)鍵路徑上機(jī)器人塊內(nèi)的搬運工序遵守的規(guī)則為:機(jī)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(biāo)函數(shù)，如果其更優(yōu)則記錄；
[0027]在上述步驟C中，調(diào)整任務(wù)分配遵守相鄰搬運工序分配給不同機(jī)器人的啟發(fā)式規(guī)貝IJ，計算每一次調(diào)整后所得的目標(biāo)函數(shù)，如果其更優(yōu)則記錄；
[0028]本發(fā)明所提供的一種柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法應(yīng)用遺傳算法與領(lǐng)域搜索算法相結(jié)合的混合算法來確定最短完工時間，方便對柔性機(jī)器人的調(diào)度，有效提高了生產(chǎn)效率和節(jié)省生產(chǎn)成本。
[0029]以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能以此來限定本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法，其特征在于，包括以下步驟: A.根據(jù)機(jī)器人制造單元的特點和加工工序建立數(shù)學(xué)模型和析取圖模型，確定調(diào)度優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化調(diào)度的求解范圍，以所述目標(biāo)函數(shù)值的倒數(shù)作為適應(yīng)函數(shù)，確定最小化完工時間為調(diào)度優(yōu)化目標(biāo)； B.應(yīng)用遺傳算法初始化種群，并對所述種群中的個體進(jìn)行評價，經(jīng)過選擇、交叉、變異運算得到下一代群體； C.根據(jù)所述遺傳算法確定的一組編碼，找出所述析取圖的關(guān)鍵路徑，并找出所述關(guān)鍵路徑上的機(jī)床塊和機(jī)器人塊，通過移動關(guān)鍵路徑上機(jī)床塊內(nèi)加工工序的相對位置、互換關(guān)鍵路徑上機(jī)器人塊內(nèi)的搬運工序、調(diào)整任務(wù)分配構(gòu)建搜索鄰域； D.得到關(guān)鍵路徑鄰域內(nèi)的最優(yōu)解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法，其特征在于: 所述步驟B中采用的遺傳算法是啟發(fā)式搬運工序插入法和啟發(fā)式搬運任務(wù)分配法相結(jié)合的三層調(diào)度方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法，其特征在于: 步驟C中的移動關(guān)鍵路徑上機(jī)床塊內(nèi)加工工序的相對位置遵守的規(guī)則為: 機(jī)床塊內(nèi)非第一道加工工序移動到所有加工工序之前加工或者機(jī)床塊內(nèi)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(biāo)函數(shù)，如果其更優(yōu)則記錄。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法，其特征在于: 步驟C中的互換關(guān)鍵路徑上機(jī)器人塊內(nèi)的搬運工序遵守的規(guī)則為: 機(jī)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(biāo)函數(shù)，如果其更優(yōu)則記錄。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法，其特征在于: 步驟C中的調(diào)整任務(wù)分配遵守相鄰搬運工序分配給不同機(jī)器人的啟發(fā)式規(guī)則，計算每一次調(diào)整后所得的目標(biāo)函數(shù)，如果其更優(yōu)則記錄。
【專利摘要】本發(fā)明所提供的一種柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法，包括根據(jù)機(jī)器人制造單元的特點和加工工序建立數(shù)學(xué)模型和析取圖模型，確定調(diào)度優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化調(diào)度的求解范圍、應(yīng)用遺傳算法初始化種群、根據(jù)所述遺傳算法確定的一組編碼，找出所述析取圖的關(guān)鍵路徑和得到關(guān)鍵路徑鄰域內(nèi)的最優(yōu)解等四步，本發(fā)明所提供的一種柔性機(jī)器人制造單元的調(diào)度方法應(yīng)用遺傳算法與領(lǐng)域搜索算法相結(jié)合的混合算法來求得最短完工時間，方便對柔性機(jī)器人的調(diào)度，有效提高了生產(chǎn)效率，極大的節(jié)省了生產(chǎn)成本。
【IPC分類】G05B19-418
【公開號】CN104808629
【申請?zhí)枴緾N201510187503
【發(fā)明人】楊煜俊, 龍傳澤, 彭常進(jìn)
【申請人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月20日