[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

说明书

本发明涉及一种人机协作生产单元任务分配与作业调度集成决策方法，属于生产调度技术领域。本发明的目的是提供人机协作生产单元任务分配与作业调度集成决策方法。该方法综合考虑产品的装配工序及其工序之间的优先顺序，结合人机协作生产单元中的机器人和操作工人等生产资源，根据操作工人和机器人的生产能力和优势，将装配工序分配给合适的生产资源，包括操作工人或者机器人或者协作的操作工人和机器人。之后将任务分配与作业调度过程集成决策，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。

技术领域

本发明涉及一种人机协作生产单元任务分配与作业调度集成决策方法，属于生产调度技 术领域。

背景技术

智能工厂、无人工厂等相关概念愈演愈烈。而在实现智慧工厂的道路上，自动化和智能 化生产是至为关键的一环。以汽车行业为例，汽车制造业自上世纪70年代就开始使用常规的 工人机器人。根据相关资料统计，汽车加工过程已广泛使用机器人执行相关任务，自动化率 以达到90％以上。而与加工系统相比，一般的工业机器人很少能应用到装配过程。同时随着 大规模定制的出现，现代化的装配系统面临着柔性和成本效益的双重挑战。完全自动化的装 配系统可以以较低的成本生产同一产品，但是却无法满足顾客的个性化需求。因此，为了应 对大规模定制的生产需求，机器人与人逐渐的从“替换”和“被替换”升华至更高层次的协 作，人机协作生产单元逐步成为实现智能制造、满足个性化需求的关键。

人机协作生产单元追求的是柔性生产，本质是“人机协同”，融合了操作工人和协作机器 人的特点和优势，包括操作工人的敏捷性、灵活性、感知力和智力，以及机器人具有可重复 性好、高负载和准确性高的优势。人机协作生产单元让机器和操作工人分别从事自己更擅长 的事，强调机器人能够自主配合操作工人的工作，自主适应生产环境变化。

但是，作为人机协作生产单元运行的第一步，任务分配与作业调度成为人机协作成功与 否的关键。而在现如今的生产和研究过程中，往往忽略了以下几个因素：(1)在现有的研究 和生产过程中，任务分配与作业调度依次执行，首先进行生产任务分配，再根据任务分配结 果进行作业调度，这种方式忽略了任务分配与作业调度的相互影响，导致在作业调度阶段可 能无法生成最优解。(2)在现有的研究和生产中，忽略了由操作工人和机器人协作完成某些 生产任务，这样会给任务分配和作业调度带来极大的挑战，影响生产过程的顺利进行。

发明内容

为了解决当前人机协作生产单元忽略作业调度与人机协同的问题，本发明的目的是提供 人机协作生产单元任务分配与作业调度集成决策方法。该方法综合考虑产品的装配工序及其 工序之间的优先顺序，结合人机协作生产单元中的机器人和操作工人等生产资源，根据操作 工人和机器人的生产能力和优势，将装配工序分配给合适的生产资源，包括操作工人或者机 器人或者协作的操作工人和机器人。之后将任务分配与作业调度过程集成决策，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。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的人机协作生产单元任务分配与作业调度集成决策方法实现方法为：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。

本发明公开的人机协作生产单元任务分配与作业调度集成决策方法，包括如下步骤：