[发明专利]带机器人物料搬运的柔性制造单元作业调度方法

说明书

本发明提供一种带机器人物料搬运的柔性制造单元作业调度方法，在研究相关约束的基础上，以最小化柔性制造单元的总工期和总能耗为目标，建立了考虑能源消耗的柔性制造单元内部物料搬运机器人调度问题的双目标数学模型；构建集成了莱维飞行、加权距离更新和局部邻域搜索策略的改进多目标灰狼算法以求解数学模型，缓解灰狼算法的局部收敛现象，提高算法获得更高质量解决方案的概率。与现有技术相比，本发明的方法不仅考虑作业的操作顺序调度，而且充分考虑了机器人运输过程的调度，有效减少搬运设备间的路径冲突、快速响应物料需求，并达到降低总工期和总能耗的目的，从而在对带有物料搬运机器人的柔性制造单元进行节能的同时，提高其运作效率。

技术领域

本发明属于智能制造技术领域，具体涉及一种带机器人物料搬运的柔性制造单元作业调度方法。

背景技术

随着工业4.0和生产自动化的发展，企业不得不面对更多的挑战，以应对快速变化的市场。制造系统的灵活性对于他们满足客户的要求变得更加重要。因此，柔性制造单元应运而生。围绕柔性制造单元的研究是近年来学术研究中的一个热点。与柔性制造系统需要企业大量的投资和资本资源不同，柔性制造单元的成本和复杂性较低。一个柔性制造单元通常由一些灵活的机器和一个或多个材料处理设施组成，如天车、机器人和自动导引车，以在不同机器之间进行多操作的运输工作。这些研究的目标一般都集中在操作顺序的决策上，并试图解决最大完工时间问题，但往往没有考虑运输过程，而这实际上是制造业中不可缺少的因素。

此外，气候变化等环境问题，正伴随制造过程不断恶化，因而提高工业领域的能源利用效率也受到了越来越多的关注。因此，需要进一步考虑研究具有绿色调度目标的柔性制造单元的调度策略，以在制造过程中减少能源消耗。

现有的柔性制造系统内部物料调度大多仅着眼于作业操作顺序的调度，很少同时兼顾到机器人运输过程的调度和以及柔性制造单元能源消耗的研究。因此，需要一种新的能够考虑能源消耗的柔性制造系统内部物料搬运机器人调度方法进行综合决策，该问题同时考虑了节能目标和调度性能，有效减少搬运设备间的路径冲突、快速响应物料需求，并达到降低总工期和总能耗的目的，从而在对带有物料搬运机器人的柔性制造单元进行节能的同时，提高其运作效率。本发明为解决柔性制造单元物流调度问题提供了新的解决思路，也为制造企业在提高生产效率和降低能耗等方面提供了借鉴。

发明内容

本发明是为解决上述问题而进行的，目的在于提供一种考虑能源消耗的柔性制造单元内部物料搬运机器人的作业调度方法，该方法采用改进的多目标灰狼算法模型，对柔性制造单元内部物料搬运机器人进行调度，提高获得更高质量调度方案的概率。

本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种带机器人物料搬运的柔性制造单元作业调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，获取柔性制造单元的基础数据和生产计划信息，所述基础数据包括加工机器的数量、物料搬运机器人的数量，所述生产计划信息包括工件数量、工序数量及其顺序；

步骤S2，建立所述加工机器和所述物料搬运机器人的能耗模型，包括所述加工机器的加工时间、空闲时间与能耗的关系以及所述物料搬运机器人的运行速度与能耗的关系；

步骤S3，基于所述能耗模型，建立考虑能源消耗的所述柔性制造单元内部的所述物料搬运机器人调度的目标函数；

步骤S4，确定调度过程的约束条件；

步骤S5，基于所述约束条件，采用实数编码方式表示调度方案的解；

步骤S6，采用改进的多目标灰狼算法求解所述目标函数，确定最优调度方案，其中，所述改进的多目标灰狼算法集成了莱维飞行、位置加权更新策略和局部领域搜索策略。

本发明提供的带机器人物料搬运的柔性制造单元作业调度方法，还可以具有这样的技术特征，其中，步骤S3中，以最小化所述柔性制造单元的总工期和总能耗为目标，构建所述目标函数：