[发明专利]一种车间无人运输系统任务分配与路径规划方法

权利要求书

1.一种车间无人运输系统任务分配与路径规划方法，其特征在于，步骤如下：

将实际问题简化成模型：

一个制造车间有M个物料仓库，有N个加工地点有物料需求，每个物料仓库有一辆容量相同的MCR；目标是在运输距离最短的情况下满足每个加工地点的需求；以下介绍模型中符号的含义：

M：MCR的个数，即物料仓库的个数；

N：需要运送物料的加工地点的个数，即运输任务数；

K：所有MCR的集合，K＝{1，2…M}；

B：物料仓库集合，B＝{1,2…M}；

k：MCR的编号，k∈K；

C：每个MCR的容量；

V：全部点组成的集合，包括所有仓库和加工地点，V＝{1,2…N,N+1,N+2,…N+M}；

i，j：集合V中的任意点；

A：工作地点集合，也即运输任务集合，A＝{1，2…N}；

C_A：A中每一个工作地点的物料需求量集合；

C_Ai：A中任意一个工作地点i的物料需求量，C_Ai>0；

V_k：编号为k的MCR分配到的运输任务点集合，V_k∈V；

V′_k：编号为k的MRC的路径中应该包括的点,包括物料仓库点；

N_k：编号为k的MCR分配到的运输任务数量,

D：车间内任意两点间的距离的集合，即V内的任意两点距离，考虑到两点间距离的对称性，通常用对称矩阵表示；

d_ij：V中任意两点i与j之间的距离，d_ij∈D；

x_ijk：布尔变量；当表示k在离开i点后直接到达j点，取值为1；否则取值为0；其中k∈K，i，j∈V；

目标函数：

约束：

∑_i∈B∑_j∈Ax_ijk≤1 k∈K (6)

∑_i∈A∑_j∈Bx_ijk≤1 k∈K (7)

x_ijk∈{0,1}i,j∈V′_k,k∈K (8)

约束(2)、(3)保证每个运输任务由一个MCR完成；

约束(4)保证路径的连续性；

约束(5)保证每个MCR运载量不超过容量；

约束(6)、(7)保证MCR从物料仓库出发，完成任务时回到出发仓库；

约束(8)给出布尔变量x_ijk的取值范围；

步骤1：任务分配

将每个工作地点的运输任务根据距离关系分配给每个物料仓库，然后根据公式(5)判断每个MCR是否超载，如果超载则进入步骤2进行任务重分配；否则进入步骤3根据任务分配情况为每一个MCR规划路径；

步骤2：任务重分配

对于编号为k的任意一个MCR，定义其重分配概率系数为p_k＝N_k/N；

计算出全部工作地点的任务重分配概率系数，通过该概率系数从全部工作点中选取一个工作点，从该工作点所分配的任务中任意选取一个分配给其他工作点，然后根据公式(5)判断每个MCR是否超载，如果超载继续进行任务重分配；否则进入步骤3为每一个MCR产生一条初始路径；

步骤3：产生初始路径

得到每一个MCR所分配到的任务集，对此任务集随机排序产生一个顺序访问路径，即得到每个MCR的初始路径；

步骤4：评价路径

根据每一个MCR的路径，求得每一个x_ijk，然后通过式(1)求出这条路径的长度；把每个MCR的路径长度加起来求得总路径；

步骤5：基于局部搜索方法寻找最优路径

引入如下几个参数：

(1)最大迭代次数iter_MAX，局部搜索执行的最大次数，当达到该值时，程序结束；

(2)最大路径不更新次数δ_MAX，用在路径多次未更新时跳出局部最优解；

(3)任务重分配系数Re_MAX，用以判断何时进行任务重置，一般取上述最大迭代次数的一个因子；

(4)领域路径，即通过交换一个MCR路径中任意两任务的访问次序，从而获得的新路径；

对步骤3产生的路径进行一次扰动，产生一个新的路径；如果新路径距离比当前路径距离短，则更新当前路径为新路径；如果连续δ_MAX次没有更新当前路径，则返回父代路径，重新开始寻找新路径；当循环次数达到Re_MAX时，进行一次重分配；当全部循环次数达到iter_MAX时，结束循环，输出找到的最优解。