考虑资源约束的多机器人拆卸线平衡研究

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产品拆卸是一个产品生命周期中的重要阶段,可以实现产品的回收再利用,有助于资源环境的绿色发展。拆卸线系统是完成产品拆卸的主要场景,对拆卸线平衡问题的研究已成为当下热点。机器人在拆卸线中的应用会减少人工拆卸带来的各种问题,让拆卸效率变得更高,实现了拆卸自动化。然而,现有的大多数研究工作侧重于普通的拆卸线平衡问题,对多机器人拆卸线平衡的研究较少。同时,在机器人拆卸线中,资源消耗是生产成本的主要来源,降低拆卸线中机器人的资源消耗也成为一个亟待解决的问题。针对上述情况,本文提出考虑降低能耗、考虑资源约束与降低机器人资源占用的多机器人拆卸线平衡问题,分别建立数学模型,并设计相应算法。进而,构建多机器人拆卸线原型系统,验证模型与算法的有效性与实用性。主要研究内容如下:(1)考虑降低能耗的多机器人拆卸线平衡研究。针对多机器人拆卸线中机器人的能耗较高的现象,提出考虑降低能耗的多机器人拆卸线平衡问题,采用改进AND/OR图表示待拆卸产品的结构,结合拆卸线平衡理论,构建以最小化机器人数目、最小化工作站数目、最小化机器人总能量消耗为优化目标的拆卸线平衡问题数学模型。为解决中、大规模拆卸问题,以改进双种群第三代快速非支配遗传算法为基础,设计编码、解码方法与交叉、变异算子。通过仿真实验与算法测试验证模型与算法的有效性。(2)资源约束多目标多机器人拆卸线平衡研究。多机器人拆卸线中机器人运行时不仅消耗能量,还会占用一些额外资源,针对此情况,提出考虑资源约束与降低机器人资源占用的多机器人拆卸线平衡问题。结合考虑降低能耗的多机器人拆卸线平衡研究与资源约束下的调度问题,构建以最小化机器人数目、最小化工作站数目、最小化机器人总能量消耗、最小化机器人总资源占用数的多机器人拆卸线平衡问题数学模型。采用改进双种群第三代快速非支配排序算法,设计相应的编码、解码方法与遗传操作算子,并采用局部进化加速策略,解决中、大规模拆卸问题。通过仿真与算法测试实验验证上述模型、算法的有效性。(3)设计并实现多机器人拆卸线平衡原型系统。为解决实际项目中的拆卸问题,把考虑降低能耗的多机器人拆卸线平衡问题模型、资源约束多机器人拆卸线平衡问题模型与所提出的算法应用于多机器人拆卸线平衡原型系统的构建,实现拆卸数据录入与管理功能、拆卸方案分析与显示功能,验证本文所建立的模型与提出算法的有效性与实用性。
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