Job-shop類型機器人制造單元調(diào)度問題與算法研究.pdf

1、隨著全球化的競爭與市場環(huán)境迅速變化，為了滿足客戶多樣化和個性化的需求，不斷縮短的產(chǎn)品生命周期、削減在制品庫存和按時保質(zhì)交貨等，促使企業(yè)越來越關(guān)注如何為車間生產(chǎn)制定合理的調(diào)度方案，以提升自身競爭力的同時，保證客戶滿意度。機器人制造單元調(diào)度問題作為經(jīng)典作業(yè)車間調(diào)度問題的一種擴展，同時也是最困難的NP問題之一。機器人制造單元調(diào)度問題逐漸引起了到高校科研人員和企業(yè)技術(shù)人員的重視，在機器人制造單元調(diào)度問題中，不僅要考慮機床加工工序排序，而且還要考

2、慮機器人搬運工序排序。因此，如何設(shè)計適合機器人制造單元調(diào)度問題的染色體編碼方式以及高效的初始解，是利用智能算法在求解機器人制造單元調(diào)度問題的關(guān)鍵。本文通過對已有染色體編碼方案的分析與總結(jié)，設(shè)計一種基于機器工序的分層調(diào)度方案，提高了初始解的質(zhì)量。本文描述了機器人制造單元調(diào)度問題的基礎(chǔ)上，重點研究了job-shop類型機器人制造單元的相關(guān)調(diào)度問題，主要內(nèi)容有以下幾個方面:
　　首先，從單元組成、單元特性、調(diào)度的各個約束以及單元中調(diào)度機

3、制出發(fā)，對job-shop類型機器人制造單元進行了全面的描述和分析。
　　其次，針對含單臺搬運機器人的job-shop類型機器人制造單元調(diào)度問題，考慮輸入/輸出緩沖區(qū)容量約束和工件在機床緩沖區(qū)上的先入先出(First In First Out，F(xiàn)IFO)管理規(guī)則，并結(jié)合機器人搬運的路徑規(guī)劃，no-move-ahead約束條件，建立了其數(shù)學(xué)模型和析取圖模型，以最小化最大完工時間為優(yōu)化目標(biāo)。然后，使用分支定界方法求解，LINGO軟件編

4、程。最后驗證了算法的有效性和可行性。
　　再次，許多研究顯示單一算法較難解決復(fù)雜的調(diào)度問題，幾種優(yōu)化算法的合理混合或者改進算法能夠提供更強大的搜索能力。本文在遺傳算法的基礎(chǔ)上，引入局部領(lǐng)域搜索算法進行混合，求解帶多臺搬運機器人的job-shop類型機器人單元調(diào)度問題。從機器人數(shù)量角度出發(fā)，分析問題的特點，為提高初始種群的質(zhì)量，采用分層調(diào)度和啟發(fā)式分配規(guī)則相結(jié)合的啟發(fā)式方法初始種群;然后，在帶單臺搬運機器人的job-shop類型機器

5、人制造單元的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型以及析取圖模型基礎(chǔ)上進行改進，查找關(guān)鍵路徑和關(guān)鍵路徑上的機床塊、同一臺機器人的搬運工序塊及非同一臺機器人上相鄰搬運工序塊，對塊的塊首、塊內(nèi)和塊尾工序采取移動和交換的策略來構(gòu)造領(lǐng)域結(jié)構(gòu)。通過基準(zhǔn)算例進行測試，實驗結(jié)果證明算法是有效的。
　　最后，綜合以上的研究成果，結(jié)合課題組在廣東某模具企業(yè)開發(fā)的機器人制造單元的軟件系統(tǒng)，在原有系統(tǒng)平臺上開發(fā)了基于的C/S框架的機器人制造單元調(diào)度問題的原型系統(tǒng)，并對機器人制造