[发明专利]求解矩阵制造车间多自动轨道小车上料调度问题的人工蜂群算法

说明书

本发明公开了一种求解矩阵制造车间多自动轨道小车上料调度问题的人工蜂群算法。在矩阵制造车间中，中心控制系统调度多辆自动轨道小车来给数控机床所在的单元上料。多辆自动轨道小车的合理优化调度能够为制造企业节约成本，并提高制造车间的生产效率。本发明提出了一种有效的人工蜂群算法，算法设计主要体现在：提出一种新的解的表示方法，用改进的最近邻启发式算法来生成一个优质初始解，设计5个邻域算子来提高算法的探索与开发能力，以及提出一个能够替换多次未进化解的基于随机插入的局部搜索方法。实验证明：与企业现行方法以及相似问题的解决方法相比，本发明提出的算法能够得到一个更为优秀的多自动轨道小车上料调度解决方案。

技术领域

本发明涉及一种求解多自动轨道小车(AGV)上料调度问题的智能优化算法，具体是一种适用于现代新型智能化制造车间的求解多AGV上料调度问题的有效的人工蜂群算法，可为具有矩阵式布局制造车间的生产企业提供有效的多AGV上料调度方案。

背景技术

随着人们对个性化产品的迫切需求以及智能化工业的快速发展，越来越多的生产企业采用矩阵式生产的理念来建设自己的生产车间。矩阵式生产车间即是通过个性化产品订单来配置生产单元，借助自动轨道小车(AGV)来搬运生成所需的物料，并将生产车间的物流系统和生产系统相分离的一种新型智能化生产车间。据相关资料显示，在产品的整个生产过程中，用于加工制造环节的时间仅占5％，其余95％则用于储存、装卸、等待加工和输送等环节。就成本而言，人工劳动成本在生产总成本中所占比例不足10％，随着生产车间的智能升级，这一比例还在呈现不断下降的趋势，而储存、装卸和运输等环节的费用却占生产总成本的40％。《中国制造2025》指出，“推进制造过程智能化”要“依托优势企业，紧扣关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制、供应链优化，建设重点领域智能工厂/数字化车间”。矩阵式生产车间是新型的智能化生产车间，而AGV又是该车间中搬运物料的关键机器人。因此，研究矩阵式布局生产车间的多AGV调度问题无疑对生产企业改造车间物流结构、降低车间物流成本和提升车间物流效率具有重要意义。

矩阵制造车间(如图2所示)目前受到越来越多制造型企业的青睐。在矩阵制造车间中，所有的CNC单元呈矩阵式排列，每个CNC单元含有若干CNC机床和一个储料缓冲池，CNC机床不停的消耗储料缓冲池中的物料，当储料缓冲池中的物料剩余量下降到警戒线时，CNC单元发送物料需求信号至中心控制系统(我们称此时的CNC单元为任务单元)，然后中心控制系统生成配送物料方案并派遣相应的AGV到相应的任务单元开始上料。目前大多企业采用“先叫先到”算法(FCFS)对AGV进行调度。“先叫先到”算法是指先发送物料需求信号给中心控制系统的CNC单元先给于AGV上料，这种方法已被企业证明不是一种有效的调度方法。为了解决问题，我们查阅了大量的文献并找到了与本问题有诸多相似度的问题的解决方法，如改进的基因算法(IGA)、改进的和声算法(IHS)和混合果蝇算法(HFOA)，然后我们将这些算法应用到本问题中并得到了有效的调度方案。但是对于成本和利润优先的制造企业来说，优化还有进一步提升的空间。因此，本发明提出一种有效的人工蜂群算法，通过与上述方法相比，我们得到的调度方案得到了更大的优化。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种求解矩阵制造车间多自动轨道小车上料调度问题的人工蜂群算法，能直接应用于目前制造企业的矩阵制造车间中，解决AGV上料过程中的各项成本优化问题，尤其是解决了AGV运输距离成本问题、过早到达任务单元的惩罚成本问题和用车成本问题，显著提高作业效率。

为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案：

一种求解矩阵制造车间多自动轨道小车上料调度问题的人工蜂群算法，其步骤如下：

(1)采用新的解的表示方法：

假设矩阵制造车间有n个任务单元和m辆AGV，将用长度为n+m-1的向量来表示解；在此向量中，1和n之间的n个自然数表示任务单元的编号，○表示仓库点，m-1个○表示每条AGV路线的起点，也是终点；任意两个相邻的AGV路线由○隔开；