[发明专利]人机协作生产单元任务分配与作业调度集成决策方法

权利要求书

1.人机协作生产单元任务分配与作业调度集成决策方法，其特征在于：获取人机协作生产单元产品的装配工序，构建工序集合，确定装配工序的优先顺序；针对装配工序，结合操作工人和机器人的生产能力和生产优势，确定每个装配工序的可选生产资源及其装配时间，构建每个装配工序的可选资源集合以及工序时间集合；构建任务分配与作业调度集成决策模型，通过非支配排序遗传算法进行求解，得到目标函数更优的人机协作任务分配与作业调度集成决策方案；所述的集成决策方案能够将任务分配与作业调度过程集成考虑，更加适应现有的生产装配现状，从而减少产品生产时间，降低产品生产过程中的生产成本，提高操作工人与机器人的协作效率，提高产品生产过程的自动化率，提高生产效率；

包括如下步骤：

步骤一、获取人机协作生产单元产品装配工序和生产资源，构建装配工序集合和生产资源集合，并确定各个装配工序之间的优先顺序；

步骤1.1：人机协作生产单元进行产品装配需要完成n个装配工序，构建装配工序集合O＝{O₁,O₂,…,O_i,…,O_n}，其中，O_i表示产品第i个装配工序；

步骤1.2：根据人机协作生产单元，构建生产资源集合M＝{M₁,M₂,M₃}，其中，M₁表示操作工人，即操作工人单独完成某项装配工序；M₂表示机器人，即机器人单独完成某项装配工序；M₃表示协作的操作工人和机器人组合，即由操作工人和机器人协同完成某项装配任务；

步骤1.3：根据人机协作生产单元装配工序，确定各个装配工序的优先顺序；

步骤二、根据步骤一构建的装配工序集合和生产资源集合，综合考虑生产资源的优势和特点，结合每个装配工序的可选生产资源，确定各个装配工序的生产资源集合和工序时间集合；

步骤2.1：根据装配工序的装配任务，确定装配工序O_i的可选生产资源集合R_i＝{…R_ij,…}，其中，R_ij表示装配工序O_i能够在M_j上完成；j表示生产资源序号，j＝1,2,3；

步骤2.2：根据装配工序在各个生产资源上的加工时间，构建装配工序O_i的工序时间集合T_i＝{…T_ij,…}，其中，T_ij表示装配工序O_i在M_j上完成装配工序O_i的时间；

步骤三、根据步骤二构建的生产资源集合和工序时间集合以及步骤一确定的装配工序优先顺序，优化目标为完工时间最小、生产总成本最低和装配过程自动化率最高，构建人机协作生产单元任务分配与作业调度集成决策模型，并通过非支配排序遗传算法进行求解，得到目标函数更优的人机协作任务分配与作业调度集成决策方案；

步骤3.1：根据步骤二构建的装配工序集合R_i＝{…R_ij,…}、工序时间集合T_i＝{…T_ij,…}和步骤一确定的装配工序优先顺序，优化目标为完工时间最小minC_max、生产总成本最低min C和自动化率最高max A，构建人机协作生产单元任务分配与作业调度集成决策模型，如下公式所示；

minf₁＝minC_max

其中，f₁表示第一个目标值，f₂表示第二个目标值，f₃表示第三个目标值，Cmax表示完工时间，C表示总成本，A表示自动化率，j表示生产资源的序号，x_ij表示生产工序O_i如果在设备M_j上进行完成则为1，否则为0，x_i1表示生产工序O_i由操作工人完成，x_i2表示生产工序O_i由机器人完成，x_i3表示生产工序O_i由机器人和操作工人共同完成，c_j表示生产设备的单元工时成本，其中，c₁表示操作工人的单位工时成本，c₂表示机器人的单位工时成本，c₃表示操作工人和机器人协作完成装配任务的单位工时成本，T_ij表示装配工序O_i在M_j上完成装配工序O_i的时间，n为装配工序的数量；

约束条件为：

其中，i和i*表示生产工序序号，j和j*表示生产资源序号，L表示正数，x_ij表示生产工序O_i如果在设备M_j上进行完成则为1，否则为0，x_i1表示生产工序O_i由操作工人完成，x_i2表示生产工序O_i由机器人完成，x_i3表示生产工序O_i由机器人和操作工人共同完成，x_i*j*表示生产工序O_i*如果在设备M_j*上进行完成则为1，否则为0，S_ij表示生产工序O_i在生产资源M_j上操作时的开始时间，S_i*j*表示生产工序O_i*在生产资源M_j*上操作时的开始时间，T_ij表示生产工序O_i在生产资源M_j上操作时的操作时间，T_i*j*表示生产工序O_i*在生产资源M_j*上操作时的操作时间，C_ij表示生产工序O_i在生产资源M_j上操作时的结束时间，C_i*j*表示生产工序O_i*在生产资源M_j*上操作时的结束时间，y_iji*j*表示生产工序O_ij优先于生产工序O_i*j*时为1，否则为0；

步骤3.2：根据步骤3.1构建的集成决策模型，通过非支配排序遗传算法进行求解，得到目标函数更优的人机协作任务分配与作业调度集成决策方案。