[發明專利]人機協作生產單元任務分配與作業調度集成決策方法

有效

• 申請號: 202110280796.0
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113159506B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 胡耀光;任維波
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06Q10/0631
• 分類號: G06Q10/0631;G06Q10/0637;G06Q50/04;G06N3/006
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王民盛

1.人機協作生產單元任務分配與作業調度集成決策方法，其特征在于：獲取人機協作生產單元產品的裝配工序，構建工序集合，確定裝配工序的優先順序；針對裝配工序，結合操作工人和機器人的生產能力和生產優勢，確定每個裝配工序的可選生產資源及其裝配時間，構建每個裝配工序的可選資源集合以及工序時間集合；構建任務分配與作業調度集成決策模型，通過非支配排序遺傳算法進行求解，得到目標函數更優的人機協作任務分配與作業調度集成決策方案；所述的集成決策方案能夠將任務分配與作業調度過程集成考慮，更加適應現有的生產裝配現狀，從而減少產品生產時間，降低產品生產過程中的生產成本，提高操作工人與機器人的協作效率，提高產品生產過程的自動化率，提高生產效率；

包括如下步驟：

步驟一、獲取人機協作生產單元產品裝配工序和生產資源，構建裝配工序集合和生產資源集合，并確定各個裝配工序之間的優先順序；

步驟1.1：人機協作生產單元進行產品裝配需要完成n個裝配工序，構建裝配工序集合O＝{O₁,O₂,…,O_i,…,O_n}，其中，O_i表示產品第i個裝配工序；

步驟1.2：根據人機協作生產單元，構建生產資源集合M＝{M₁,M₂,M₃}，其中，M₁表示操作工人，即操作工人單獨完成某項裝配工序；M₂表示機器人，即機器人單獨完成某項裝配工序；M₃表示協作的操作工人和機器人組合，即由操作工人和機器人協同完成某項裝配任務；

步驟1.3：根據人機協作生產單元裝配工序，確定各個裝配工序的優先順序；

步驟二、根據步驟一構建的裝配工序集合和生產資源集合，綜合考慮生產資源的優勢和特點，結合每個裝配工序的可選生產資源，確定各個裝配工序的生產資源集合和工序時間集合；

步驟2.1：根據裝配工序的裝配任務，確定裝配工序O_i的可選生產資源集合R_i＝{…R_ij,…}，其中，R_ij表示裝配工序O_i能夠在M_j上完成；j表示生產資源序號，j＝1,2,3；

步驟2.2：根據裝配工序在各個生產資源上的加工時間，構建裝配工序O_i的工序時間集合T_i＝{…T_ij,…}，其中，T_ij表示裝配工序O_i在M_j上完成裝配工序O_i的時間；

步驟三、根據步驟二構建的生產資源集合和工序時間集合以及步驟一確定的裝配工序優先順序，優化目標為完工時間最小、生產總成本最低和裝配過程自動化率最高，構建人機協作生產單元任務分配與作業調度集成決策模型，并通過非支配排序遺傳算法進行求解，得到目標函數更優的人機協作任務分配與作業調度集成決策方案；

步驟3.1：根據步驟二構建的裝配工序集合R_i＝{…R_ij,…}、工序時間集合T_i＝{…T_ij,…}和步驟一確定的裝配工序優先順序，優化目標為完工時間最小minC_max、生產總成本最低min?C和自動化率最高max?A，構建人機協作生產單元任務分配與作業調度集成決策模型，如下公式所示；

minf₁＝minC_max

其中，f₁表示第一個目標值，f₂表示第二個目標值，f₃表示第三個目標值，Cmax表示完工時間，C表示總成本，A表示自動化率，j表示生產資源的序號，x_ij表示生產工序O_i如果在設備M_j上進行完成則為1，否則為0，x_i1表示生產工序O_i由操作工人完成，x_i2表示生產工序O_i由機器人完成，x_i3表示生產工序O_i由機器人和操作工人共同完成，c_j表示生產設備的單元工時成本，其中，c₁表示操作工人的單位工時成本，c₂表示機器人的單位工時成本，c₃表示操作工人和機器人協作完成裝配任務的單位工時成本，T_ij表示裝配工序O_i在M_j上完成裝配工序O_i的時間，n為裝配工序的數量；

約束條件為：

其中，i和i*表示生產工序序號，j和j*表示生產資源序號，L表示正數，x_ij表示生產工序O_i如果在設備M_j上進行完成則為1，否則為0，x_i1表示生產工序O_i由操作工人完成，x_i2表示生產工序O_i由機器人完成，x_i3表示生產工序O_i由機器人和操作工人共同完成，x_i*j*表示生產工序O_i*如果在設備M_j*上進行完成則為1，否則為0，S_ij表示生產工序O_i在生產資源M_j上操作時的開始時間，S_i*j*表示生產工序O_i*在生產資源M_j*上操作時的開始時間，T_ij表示生產工序O_i在生產資源M_j上操作時的操作時間，T_i*j*表示生產工序O_i*在生產資源M_j*上操作時的操作時間，C_ij表示生產工序O_i在生產資源M_j上操作時的結束時間，C_i*j*表示生產工序O_i*在生產資源M_j*上操作時的結束時間，y_iji*j*表示生產工序O_ij優先于生產工序O_i*j*時為1，否則為0；

步驟3.2：根據步驟3.1構建的集成決策模型，通過非支配排序遺傳算法進行求解，得到目標函數更優的人機協作任務分配與作業調度集成決策方案。