混流生产机器人制造单元调度优化方法研究

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机器人制造单元是一种先进生产系统,广泛应用于纺织业、钢铁冶炼、半导体以及汽车制造等行业与领域。由于机器人制造单元应用的广泛性,使得机器人制造单元调度问题具有普遍性。另外,由于混流生产符合市场由大批量、少品种向小批量、多品种转变的要求,满足顾客个性化、定制化需求。因此,结合混流生产组织形式和机器人制造单元的应用背景,提出了混流生产机器人制造单元调度问题。合理调度混流生产机器人制造单元,提高企业资源利用率,提升企业管理水平,增强企业竞争实力,从而满足快速多变的市场需求,满足顾客对产品质量、产品价格、产品交货时间等要求。为达到上述目的,本文进行了以下内容研究:混流生产机器人制造单元调度问题方法研究。混流生产机器人制造单元调度问题是NP难题。精确算法求解大规模问题时间花费较多,启发式算法求解质量不高,为此引入化学反应优化算法求解。(1)提出了改进的化学反应优化算法。在改进的化学反应优化算法中,首先,设计顺序插入算法生成了化学反应优化算法的初始种群;其次,利用随机交换、单点顺序交叉、随机插入和距离保护交叉操作设计了基本反应算子。改进了已有研究结果。(2)设计了基于局部搜索的化学反应优化算法。在基于局部搜索的化学反应优化算法中,构建了紧后工件阻塞时间最小化交换进行局部搜索;利用正交试验,探讨了算法参数取值。仿真试验表明,基于局部搜索的化学反应优化算法能够改善改进的化学反应优化算法易于早熟的缺点。改进了改进的化学反应优化算法结果,从而提高了生产效率,提升了产量。多工作站(超过三工作站)混流生产机器人制造单元调度问题方法研究。求解混流生产机器人制造单元调度问题的思路是,将三工作站问题转化为两工作站问题,然后求得两工作站问题最优解,最后插入第三个机器人移动,得到三工作站情形满意解。工作站超过三时,按照这种求解思路,不仅繁琐,而且很难获得满意解,也不利于同时优化机器人运行顺序和工件加工顺序。为了求解多工作站混流生产机器人制造单元调度问题,首先,定义了机器人活动,将机器人运行顺序和工件加工顺序转化为机器人活动排序,即将二维排序转化为一维排序,降低了问题难度;其次,探讨了可行解性质,为算法设计、算子构建提供了理论基础;第三,提出了可行机器人活动插入法,构建问题的可行解,设计了双层过滤变宽度束搜索算法;第四,提出了有效的化学反应优化算法,设计了新的编码——机器人活动编码;构建了插入机器人活动顺序方法生成有效化学反应优化算法的初始种群;利用可行解性质设计了基本反应算子;为了有效避免陷入局部最优解,采用改进的锦标赛选择实现了选择操作。从仿真结果分析,插入机器人活动顺序方法优于随机生成可行解的方法;双层过滤变宽度束搜索算法和有效的化学反应优化算法都能求解多工作站混流生产机器人制造单元调度问题,但就文中给出的算例分析,双层过滤变宽度束搜索算法优于分支定界算法,有效的化学反应优化算法优于双层过滤变宽度束搜索算法,使得机器人制造单元生产效率得到了提高,机器人制造单元利用率得到了改善,满足了市场需求,提升了企业效益。考虑转换时间两工作站混流生产机器人制造单元调度问题方法研究。考虑转换时间,导致制造周期变长,能耗增加,单位生产成本增加,考虑转换时间两工作站混流生产机器人制造单元调度问题具有研究价值。现有求解算法易于陷入局部最优解,因此,设计了新变邻域搜索算法求解。在提出算法中,提出改进的减小关键路径长度算法生成初始解,构建了随机交换和随机插入邻域结构进行变邻域搜索,探讨了提出算法中参数取值范围。通过计算随机产生的算例表明,提出算法比已有算法能够以较快的速度搜索到更好解,从而优化了制造周期,降低了单位生产成本,提高了管理水平。
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