BS公司机器人制造单元调度问题研究

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近年来,随着制造自动化技术的提高和人力成本的不断上升,工业机器人逐渐被推广应用到制造生产环境中,进而产生了机器人制造单元调度问题。因此,关于机器人的多类型制造单元调度问题逐渐得到了研究者的关注,但解决机器人制造单元调度问题需要根据车间实际情况进行约束条件的调试,才能更符合企业制造单元的实际需求。因此,本文通过对BS公司传输装置的两个重要配件所面临的生产问题,即制造单元引入机器人进行混合调度的问题开展研究,并依据实际调研对制造单元的特征进行分析,以期建立合适的约束构建符合实际情况的制造单元调度模型,并探寻合适的算法进行求解。本文旨在充分设计机器人制造单元调度模型,对BS公司的两类制造单元特征、运输状态和设备布局等特征进行辨别。在理清两种需要解决的调度问题后,陆续探索带单机器人job-shop型与带多AGV柔性的两种制造单元调度问题。针对BS公司的带单机器人的job-shop型制造单元,考虑到实际工作站的搬运任务仅由一台轨道机器人完成,BS公司在每个加工站安装了缓冲区为避免在调度过程中产生阻塞,因此在搭建模型时添加了输入输出缓冲区约束,并设定了缓冲区先出先搬运,先到先进入的规则,进而以最大完工时间最小化为优化目标构建模型。针对BS公司小批量生产的特征,采用改进灰狼优化算法来求解该问题,该原始算法对小规模调度问题收敛速度快,算法结构简单,故选用该算法进行改进后对模型求解。针对BS公司带多AGV的柔性制造单元调度问题,考虑到AGV在电量处于阈值时需要行驶至充电桩充电,此时AGV为不可用时刻,故构建考虑AGV电量阈值与充电时间约束的调度模型。由于柔性制造单元调度属于NP-hard问题,加入AGV进行混合调度后,即便以小批量方式进行生产,可行解也会以指数增加,故采用遗传算法改进交叉与变异算子,以提高算法寻优能力。基于BS公司的真实数据,分别转换为算例对两个调度问题进行实例分析,进而说明了实际建模与求解过程的切实、有效。该项研究工作,对BS公司的生产计划部门提供了调度决策支持,同时也对其他领域的机器人调度提供一定的辅助性参考。
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