[發(fā)明專利]求解矩陣制造車間多自動(dòng)軌道小車上料調(diào)度問(wèn)題的人工蜂群算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010881510.X
• 申請(qǐng)日: 2020-08-27
• 公開（公告）號(hào): CN112149876B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘全科;鄒溫強(qiáng);王玉龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/047
• 分類號(hào): G06Q10/047;G06Q10/0631;G06Q10/083;G06N3/006
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發(fā)明公開了一種求解矩陣制造車間多自動(dòng)軌道小車上料調(diào)度問(wèn)題的人工蜂群算法。在矩陣制造車間中，中心控制系統(tǒng)調(diào)度多輛自動(dòng)軌道小車來(lái)給數(shù)控機(jī)床所在的單元上料。多輛自動(dòng)軌道小車的合理優(yōu)化調(diào)度能夠?yàn)橹圃炱髽I(yè)節(jié)約成本，并提高制造車間的生產(chǎn)效率。本發(fā)明提出了一種有效的人工蜂群算法，算法設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在：提出一種新的解的表示方法，用改進(jìn)的最近鄰啟發(fā)式算法來(lái)生成一個(gè)優(yōu)質(zhì)初始解，設(shè)計(jì)5個(gè)鄰域算子來(lái)提高算法的探索與開發(fā)能力，以及提出一個(gè)能夠替換多次未進(jìn)化解的基于隨機(jī)插入的局部搜索方法。實(shí)驗(yàn)證明：與企業(yè)現(xiàn)行方法以及相似問(wèn)題的解決方法相比，本發(fā)明提出的算法能夠得到一個(gè)更為優(yōu)秀的多自動(dòng)軌道小車上料調(diào)度解決方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種求解多自動(dòng)軌道小車(AGV)上料調(diào)度問(wèn)題的智能優(yōu)化算法，具體是一種適用于現(xiàn)代新型智能化制造車間的求解多AGV上料調(diào)度問(wèn)題的有效的人工蜂群算法，可為具有矩陣式布局制造車間的生產(chǎn)企業(yè)提供有效的多AGV上料調(diào)度方案。

背景技術(shù)

隨著人們對(duì)個(gè)性化產(chǎn)品的迫切需求以及智能化工業(yè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的生產(chǎn)企業(yè)采用矩陣式生產(chǎn)的理念來(lái)建設(shè)自己的生產(chǎn)車間。矩陣式生產(chǎn)車間即是通過(guò)個(gè)性化產(chǎn)品訂單來(lái)配置生產(chǎn)單元，借助自動(dòng)軌道小車(AGV)來(lái)搬運(yùn)生成所需的物料，并將生產(chǎn)車間的物流系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)相分離的一種新型智能化生產(chǎn)車間。據(jù)相關(guān)資料顯示，在產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，用于加工制造環(huán)節(jié)的時(shí)間僅占5％，其余95％則用于儲(chǔ)存、裝卸、等待加工和輸送等環(huán)節(jié)。就成本而言，人工勞動(dòng)成本在生產(chǎn)總成本中所占比例不足10％，隨著生產(chǎn)車間的智能升級(jí)，這一比例還在呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)，而儲(chǔ)存、裝卸和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的費(fèi)用卻占生產(chǎn)總成本的40％。《中國(guó)制造2025》指出，“推進(jìn)制造過(guò)程智能化”要“依托優(yōu)勢(shì)企業(yè)，緊扣關(guān)鍵工序智能化、關(guān)鍵崗位機(jī)器人替代、生產(chǎn)過(guò)程智能優(yōu)化控制、供應(yīng)鏈優(yōu)化，建設(shè)重點(diǎn)領(lǐng)域智能工廠/數(shù)字化車間”。矩陣式生產(chǎn)車間是新型的智能化生產(chǎn)車間，而AGV又是該車間中搬運(yùn)物料的關(guān)鍵機(jī)器人。因此，研究矩陣式布局生產(chǎn)車間的多AGV調(diào)度問(wèn)題無(wú)疑對(duì)生產(chǎn)企業(yè)改造車間物流結(jié)構(gòu)、降低車間物流成本和提升車間物流效率具有重要意義。

矩陣制造車間(如圖2所示)目前受到越來(lái)越多制造型企業(yè)的青睞。在矩陣制造車間中，所有的CNC單元呈矩陣式排列，每個(gè)CNC單元含有若干CNC機(jī)床和一個(gè)儲(chǔ)料緩沖池，CNC機(jī)床不停的消耗儲(chǔ)料緩沖池中的物料，當(dāng)儲(chǔ)料緩沖池中的物料剩余量下降到警戒線時(shí)，CNC單元發(fā)送物料需求信號(hào)至中心控制系統(tǒng)(我們稱此時(shí)的CNC單元為任務(wù)單元)，然后中心控制系統(tǒng)生成配送物料方案并派遣相應(yīng)的AGV到相應(yīng)的任務(wù)單元開始上料。目前大多企業(yè)采用“先叫先到”算法(FCFS)對(duì)AGV進(jìn)行調(diào)度。“先叫先到”算法是指先發(fā)送物料需求信號(hào)給中心控制系統(tǒng)的CNC單元先給于AGV上料，這種方法已被企業(yè)證明不是一種有效的調(diào)度方法。為了解決問(wèn)題，我們查閱了大量的文獻(xiàn)并找到了與本問(wèn)題有諸多相似度的問(wèn)題的解決方法，如改進(jìn)的基因算法(IGA)、改進(jìn)的和聲算法(IHS)和混合果蠅算法(HFOA)，然后我們將這些算法應(yīng)用到本問(wèn)題中并得到了有效的調(diào)度方案。但是對(duì)于成本和利潤(rùn)優(yōu)先的制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，優(yōu)化還有進(jìn)一步提升的空間。因此，本發(fā)明提出一種有效的人工蜂群算法，通過(guò)與上述方法相比，我們得到的調(diào)度方案得到了更大的優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種求解矩陣制造車間多自動(dòng)軌道小車上料調(diào)度問(wèn)題的人工蜂群算法，能直接應(yīng)用于目前制造企業(yè)的矩陣制造車間中，解決AGV上料過(guò)程中的各項(xiàng)成本優(yōu)化問(wèn)題，尤其是解決了AGV運(yùn)輸距離成本問(wèn)題、過(guò)早到達(dá)任務(wù)單元的懲罰成本問(wèn)題和用車成本問(wèn)題，顯著提高作業(yè)效率。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種求解矩陣制造車間多自動(dòng)軌道小車上料調(diào)度問(wèn)題的人工蜂群算法，其步驟如下：

(1)采用新的解的表示方法：

假設(shè)矩陣制造車間有n個(gè)任務(wù)單元和m輛AGV，將用長(zhǎng)度為n+m-1的向量來(lái)表示解；在此向量中，1和n之間的n個(gè)自然數(shù)表示任務(wù)單元的編號(hào)，○表示倉(cāng)庫(kù)點(diǎn)，m-1個(gè)○表示每條AGV路線的起點(diǎn)，也是終點(diǎn)；任意兩個(gè)相鄰的AGV路線由○隔開；