人机协同装配线平衡方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种人机协同装配线平衡方法及装置，包括：基于装配线任务信息和装配线工位信息，获取N个人机协同装配方案；对所述N个人机协同装配方案使用改进的候鸟算法进行优化，得到生产节拍最小的人机协同装配方案。通过建立人机协作装配线的数学模型，获取N个人机协同装配方案，并结合改进的候鸟算法来实现问题的高效求解。改进的候鸟算法包括种群初始化，领鸟改进，种群改进和领鸟更换这四个过程，从而实现对于生产节拍最小的人机协同装配方案的求解。案的求解。案的求解。

【技术实现步骤摘要】
人机协同装配线平衡方法及装置


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种人机协同装配线平衡方法及装置。

技术介绍

[0002]相比于传统的几个员工合作装配一个产品的生产方式，装配线通过将操作合理分工，以更低的装配成本、更高的装配效率，装配线的研究也受到越来越多的关注。随着员工成本的增加、人口老龄化的加剧和机器人技术的发展，传统的员工装配线已经不能满足社会的需求，而现有的机器人装配线，因为机器人装配能力的有限，只能执行少量的装配操作。因此，通过协作机器人部分代替或者协助员工完成操作也成为解决问题的有效方式，这样的装配线也叫人机协作装配线。人机协作装配线结合了员工操作的灵活性高，柔性大的优点和机器装配稳定，能执行危险装配操作等优势。可有效提高装配质量。
[0003]生产效率是企业主要关注的方向，提升装配线的效率往往通过新建装配线或者在已有设备和员工的基础上对装配线平衡优化，前者需要较高的成本，后者则需要较小的成本就能实现装配线效率的提升。人机协作装配线平衡问题是指如何合理安排各个操作的装配顺序、如何合理分配操作到工位和如何合理分配员工和机器人到工位使装配线的生产节拍最小。
[0004]因此，如何更好的实现人机协同装配线装配方案的合理分配已经成为业界亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种人机协同装配线平衡方法及装置，用以解决现有技术中不能很好实现人机协同装配线装配方案的合理分配的缺陷。
[0006]本专利技术提供一种人机协同装配线平衡方法，包括：r/>[0007]基于装配线任务信息和装配线工位信息，获取N个人机协同装配方案；
[0008]对所述N个人机协同装配方案使用改进的候鸟算法进行优化，得到生产节拍最小的人机协同装配方案。
[0009]根据本专利技术提供的一种人机协同装配线平衡方法，对所述N个人机协同装配方案使用改进的候鸟算法进行优化，得到生产节拍最小的人机协同装配方案，包括：
[0010]S21，基于将每个人机协同装配方案作为一个飞鸟个体，获取N 个飞鸟，基于每个飞鸟对应的生产节拍确定领飞鸟，并将其它飞鸟随机放置在V型队列的左队列和右队列，得到初始鸟群；
[0011]S22，基于所述领飞鸟进行邻域搜索，得到p个邻域解；
[0012]S23，在任一所述邻域解的节拍与当前领飞鸟的节拍相同，则对所述邻域解的节拍设置为一个极大数作为惩罚，然后在所述p个邻域解中的最优邻域解的节拍小于所述领飞鸟的节拍情况下，替换所述领飞鸟；
[0013]S24，将所述p个邻域解中节拍超过第一预设阈值的x个邻域解共享给所述左队列
中的飞鸟和所述右队列中的飞鸟；
[0014]S25，分别对于领飞鸟两侧的每一飞鸟依次进行邻域搜索，首先继承前一只飞鸟遗传的x个邻域解，再对所述飞鸟进行邻域搜索，得到p
‑
x个邻域解，在x+(p
‑
x)个邻域解中的最优邻域解的节拍小于所述飞鸟的节拍的情况下，替换所述飞鸟，将邻域解中节拍超过第一预设阈值的x个邻域解共享给下一只飞鸟；
[0015]S26，将步骤S22
‑
S25重复执行m次后，将领飞鸟移动到种群群左右两侧任意一侧的最后一个位置上，并将该侧的每个飞鸟个体往前移动一位；
[0016]S27，重复执行步骤S22
‑
S26，直至满足预设停止条件，得到生产节拍最小的人机协同装配方案。
[0017]根据本专利技术提供的一种人机协同装配线平衡方法，所述替换所述领飞鸟，还包括:
[0018]在所述p个邻域解中的最优邻域解的节拍大于所述领飞鸟的情况下，利用模拟退火算法的接受准则以预设概率接受这个差解；
[0019]在满足的情况下,则用所述最优邻域解替换当前的领飞鸟，否则仍保留当前的领飞鸟；
[0020]其中，rand[0,1]为0
‑
1的随机数，T表示模拟退火算法的初始温度，随着模拟退火算法的迭代通过T＝T*a方式更新初始温度，a为冷却系数。
[0021]根据本专利技术提供的一种人机协同装配线平衡方法，所述基于装配线任务信息和工位信息，获取N个人机协同装配方案，包括：
[0022]基于所述装配线任务信息和所述装配线工位信息，采取任务分配向量和装配模式向量双层编码方式，获得每个工位的任务分配信息和每个工位对应的员工分配信息和机器人分配信息；
[0023]通过混合整数规划模型对所述任务分配信息、每个工位对应的员工分配信息和机器人分配信息进行分析，得到N个人机协同装配方案。
[0024]根据本专利技术提供的一种人机协同装配线平衡方法，所述获得每个工位的任务分配信息和每个工位对应的员工分配信息和机器人分配信息，包括：
[0025]对于每个工位的任务分配信息，将当前任务分配到的工位编号与所述当前任务的所有前序任务依次比较；
[0026]若所述当前任务分配到工位的编号在所述前序任务之前出现，则交换两个任务分配到工位的编号，直到与所有前序任务完成比较；
[0027]获得每个工位的任务分配信息和每个工位对应的员工分配信息和机器人分配信息。
[0028]本专利技术还提供一种人机协同装配线平衡装置，包括：
[0029]获取模块，用于基于装配线任务信息和装配线工位信息，获取N 个人机协同装配方案；
[0030]优化模块，用于对所述N个人机协同装配方案使用改进的候鸟算法进行优化，得到生产节拍最小的人机协同装配方案。
[0031]根据本专利技术提供的一种人机协同装配线平衡装置，所述优化模块，具体用于：
[0032]S21，基于将每个人机协同装配方案作为一个飞鸟个体，获取N 个飞鸟，基于每个
飞鸟对应的生产节拍确定领飞鸟，并将其它飞鸟随机放置在V型队列的左队列和右队列，得到初始鸟群；
[0033]S22，基于所述领飞鸟进行邻域搜索，得到p个邻域解；
[0034]S23，在任一所述邻域解的节拍与当前领飞鸟的节拍相同，则对所述邻域解的节拍设置为一个极大数作为惩罚，然后在所述p个邻域解中的最优邻域解的节拍小于所述领飞鸟的节拍情况下，替换所述领飞鸟；
[0035]S24，将所述p个邻域解中节拍超过第一预设阈值的x个邻域解共享给所述左队列中的飞鸟和所述右队列中的飞鸟；
[0036]S25，分别对于领飞鸟两侧的每一飞鸟依次进行邻域搜索，首先继承前一只飞鸟遗传的x个邻域解，再对所述飞鸟进行邻域搜索，得到p
‑
x个邻域解，在x+(p
‑
x)个邻域解中的最优邻域解的节拍小于所述飞鸟的节拍的情况下，替换所述飞鸟，将邻域解中节拍超过第一预设阈值的x个邻域解共享给下一只飞鸟；
[0037]S26，将步骤S22
‑
S25重复执行m次后，将领飞鸟移动到种群群左右两侧任意一侧的最后一个位置上，并将该侧的每个飞鸟个体往前移动一位；
[0038]S27，重复执行步骤S22
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人机协同装配线平衡方法，其特征在于，包括：基于装配线任务信息和装配线工位信息，获取N个人机协同装配方案；对所述N个人机协同装配方案使用改进的候鸟算法进行优化，得到生产节拍最小的人机协同装配方案。2.根据权利要求1所述的人机协同装配线平衡方法，其特征在于，所述基于装配线任务信息和工位信息，获取N个人机协同装配方案，包括：基于所述装配线任务信息和所述装配线工位信息，采取任务分配向量和装配模式向量双层编码方式，获得每个工位的任务分配信息和每个工位对应的员工分配信息和机器人分配信息；通过混合整数规划模型对所述任务分配信息、每个工位对应的员工分配信息和机器人分配信息进行分析，得到N个人机协同装配方案。3.根据权利要求2所述的人机协同装配线平衡方法，其特征在于，所述获得每个工位的任务分配信息和每个工位对应的员工分配信息和机器人分配信息，包括：对于每个工位的任务分配信息，将当前任务分配到的工位编号与所述当前任务的所有前序任务依次比较；若所述当前任务分配到工位的编号在所述前序任务之前出现，则交换两个任务分配到工位的编号，直到与所有前序任务完成比较；获得每个工位的任务分配信息和每个工位对应的员工分配信息和机器人分配信息。4.根据权利要求1所述的人机协同装配线平衡方法，其特征在于，对所述N个人机协同装配方案使用改进的候鸟算法进行优化，得到生产节拍最小的人机协同装配方案，包括：S21，基于将每个人机协同装配方案作为一个飞鸟个体，获取N个飞鸟，基于每个飞鸟对应的生产节拍确定领飞鸟，并将其它飞鸟随机放置在V型队列的左队列和右队列，得到初始鸟群；S22，基于所述领飞鸟进行邻域搜索，得到p个邻域解；S23，在任一所述邻域解的节拍与当前领飞鸟的节拍相同，则对所述邻域解的节拍设置为一个极大数作为惩罚，然后在所述p个邻域解中的最优邻域解的节拍小于所述领飞鸟的节拍情况下，替换所述领飞鸟；S24，将所述p个邻域解中节拍超过第一预设阈值的x个邻域解共享给所述左队列中的飞鸟和所述右队列中的飞鸟；S25，分别对于领飞鸟两侧的每一飞鸟依次进行邻域搜索，首先继承前一只飞鸟遗传的x个邻域解，再对所述飞鸟进行邻域搜索，得到p
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x个邻域解，在x+(p
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x)个邻域解中的最优邻域解的节拍小于所述飞鸟的节拍的情况下，替换所述飞鸟，将邻域解中节拍超过第一预设阈值的x个邻域解共享给下一只飞鸟；S26，将步骤S22
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S25重复执行m次后，将领飞鸟移动到种群群左右两侧任意一侧的最后一个位置上，并将该侧的每个飞鸟个体往前移动一位；S27，重复执行步骤S22
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S26，直至满足预设停止条件，得到生产节拍最小的人机协同装配方案。5.根据权利要求4所述的人机协同装...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晨昱，李梓响，张子凯，唐秋华，张利平，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：