[發明專利]一種面向固定式裝配過程的協同導航優化方法

有效

• 申請號: 201710981257.3
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107703897B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 張映鋒;姜晨;呂景祥;楊海東
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;佛山市南海區廣工大數控裝備協同創新研究院
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明提出一種面向固定式裝配過程的協同導航優化方法，通過運用物聯技術于基層各裝配資源，在裝配車間建立一個物聯傳感網絡，將所有的裝配單元和裝配工人通過局域網互聯起來，實現制造資源信息的實時共享。通過分層著色Petri網技術對裝配過程建模，結合層次分析法和灰色關聯矩陣，對裝配工序進行動態優先級排序并計算出高優先級工序和裝配工人之間的最優匹配方案。本發明基于物聯制造技術，從裝配工人的角度進行優化，尋求工人與工人之間協同優化策略。避免了傳統固定式裝配優化方法中各裝配單元間實時信息難以共享，動態優化調度方案難以執行等弊端。并通過實時優化匹配，從根本上減少了裝配過程中局部異常給整個裝配系統帶來的影響。

技術領域

本發明涉及制造車間裝配系統優化技術領域，具體為一種面向固定式裝配過程的協同導航優化方法。

背景技術

隨著全球市場的競爭不斷加劇，制造企業需要對市場的各種變化做出快速的響應。減少裝配過程中的計劃時間是使得制造企業保持競爭力的關鍵因素。然而，在傳統的車間裝配過程中，由于各裝配單元以及裝配工人之間缺乏實時信息的共享，同時，生產計劃又經常改變，這些因素將導致裝配執行系統運作效率低下、裝配流程周轉不暢等嚴重異常問題的發生。

現有的裝配優化系統主要是從工序的角度進行優化分配，耗時長且難度大。當裝配車間是以手工裝配為主，且面向大型復雜產品裝配時，該問題顯得更為突出。由于各裝配單元和裝配工人處于信息孤島裝配，上層監控和管理系統無法實時獲取裝配過程中每一個節點的實時狀態，一旦裝配過程中的某個部分發生異常時，系統將無法實時有效處理。更重要的是，大型復雜產品的裝配過程包含很多道工序，同時各道工序之間又存在著順序和約束關系，一旦異常發生在上游裝配過程中并且沒有得到及時的處理，該異常將會逐漸擴大到整個裝配系統，造成更大的影響。

隨著物聯網、傳感器等技術的迅猛發展，各裝配資源間的信息共享變得很容易。通過物聯網技術可以實現人與物，物與物的泛在連接，可對產品的裝配過程進行智能化感知，為各裝配單元以及裝配工人之間的實時共享實現提供了技術支持。

近年來，對裝配過程中實時信息的主動感知和工序優化方面的研究有：

香港大學制造系統及工程系George Huang教授等提出采用RFID技術實現對生產過程的實時物料信息的跟蹤和監控的體系構架；西北工業大學機電學院的中國專利《一種實時信息驅動的生產設備端制造活動智能導航方法》提出了一種實時信息驅動的智能導航方法，通過運用物聯技術于制造設備端，形成各類制造資源物物互聯，并根據所獲得的實時信息為設備端提供實時操作引導；哈爾濱理工大學謝志強等提出了工序間有約束的復雜產品工序調度方法；上海交通大學梁燕等針對手工裝配為主的混合裝配線改造問題，提出了一種帶工位約束的啟發式算法，并提出了分段優化策略。

上述研究和發明都對面向固定式裝配過程的協同優化方法的研究發展起到了巨大的推動作用，但是在面對采用固定式布局的大型復雜產品裝配時，提升制造企業在裝配過程中的實時優化水平方面，還存在以下問題：1)復雜產品裝配過程由幾十道甚至更多的工序組成，由于產品裝配過程涉及的任務和裝配工人較多，從裝配工序的角度進行優化具有難度大，優化時間長等問題，不利于動態優化結果的執行；2)傳統的固定式裝配系統缺少一個能對異常做出快速響應并能對裝配工人進行實時引導的機制；3)考慮到每個裝配工人都有多種裝配工序的執行能力，在裝配過程中，缺少一個任務優化和推送的模型，對裝配工人進行實時任務引導。

發明內容

為了解決現有技術存在的問題，本發明設計了一種面向固定式裝配過程的協同導航優化方法，基于此方法，制造車間裝配系統可以主動感知每個裝配任務、原材料、各種設備和裝配工人的實時狀態，結合實時信息驅動的優化方法，對裝配工人進行實時任務引導，為工人推送最優裝配工序，減少了裝配過程中的各種異常不確定因素給整個裝配系統帶來的影響。