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考虑路径冲突的柔性制造作业车间生产设备与AGV集成调度优化模型与方法

吕向飞  
【摘要】:在制造系统中,科学合理的资源调度方案决定了企业的生产效率。传统单一品种大批量的制造方式已经不能满足现在客户的个性化需求,随着智能制造技术的兴起,制造企业开始对制造车间的设备不断升级,制造自动化的程度大幅提高,从而提高了生产效率。因此在多品种小批量、个性化定制生产的组织方式下,如何进行生产资源的优化调度,实现生产资源的优化配置,是制造企业,特别是离散型制造企业践行智能制造,实现企业高质量发展面临的主要问题。离散型制造企业由于是多品种小批量的生产组织方式,因此其制造系统的柔性决定了生产效率的高低,同时离散型制造企业的生产过程覆盖机械加工和产品装配两大环节,同时涉及到大量的生产装备和物流装备,因此其生产资源的优化配置变得更加复杂,从而为资源的优化调度提出了挑战。论文围绕柔性制造车间的机械加工和产品装配两大环节,研究了代表加工设备和装配设备为代表的生产设备和以物流设备的AGV小车的生产资源集成优化调度问题,从而实现制造企业生产资源的优化配置,达到企业提高生产效率,缩短交货期以及降低生产成本的目的。论文主要的创新性研究工作如下:首先,以柔性制造作业车间的多AGV路径规划问题为切入点进行研究,分析了路径规划中常见的冲突类型,建立了一种无路径冲突的优化数学模型,并提出一种科学的最短用时递归判别策略,辅助完善路径冲突类型解决方案,从而完成AGV的无冲突路径优化,为后续将运输时间不确定性引入生产设备与AGV的集成优化调度提供了研究基础。其次,在面向柔性加工作业车间的机械加工环节,定义AGV作为可卸载型的运输装备完成物料的运输工作。以无冲突路径规划策略为基础,建立了加工设备与AGV集成调度问题的总体数学模型,针对该模型分别提出了二阶段法与集成法。通过上述两种算法对同一实例的求解,说明二阶段法和集成法可以相互配合,满足企业实际的不同需求,同时验证无冲突路径优化策略在解决柔性加工作业车间生产调度问题上的可行性和优越性。再次,面向柔性装配车间的产品装配环节,定义AGV作为非卸载型的移动工作台,参与产品的所有装配工艺过程,在此基础上,提出了一种产品柔性装配运行模式,以满足企业面临的混流产品装配、个性化定制产品装配以及装配产能平衡等需求。建立了一种集成装配资源和AGV的支持柔性装配的资源调度数学模型。针对该模型,采用猫群算法研究了任务排序问题,分别以交货期和最大完工时间为目标,并根据装配工序顺序特点采用启发式搜索算法研究了装配作业车间的装配设备与AGV调度问题。根据优化结果,采用瓶颈工序的识别判别公式对装配的瓶颈工序进行识别,进而对其装配产能进行平衡调整。最后,在课题组MES系统的基础上,完成了柔性作业车间的加工与AGV集成调度的算法和实现。结合某船用柴油机关重件生产企业的实际需求,从车间地图构建,无冲突路径规划以及加工设备与AGV集成等方面进行了初步应用,根据实际数据对生产过程进行仿真,实时监测调度过程和AGV路径状态,并取得了较好的效果。


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