车间布局与自动导引车系统规划协同设计方法

  • 车间布局与自动导引车系统规划协同设计方法已关闭评论
  • 84 views
  • A+
所属分类:AGV设计资料
摘要

《中国制造2025》要求推进制造过程智能化,包括在重点领域试点建设柔性数字化车间,其中一个重要问题是柔性可重构制造系统。柔性可重构制造系统中的关键是如何实现其“柔性可重构”,这是一个引入关注的具有挑战性的前沿重要课题。针对该问题,本文进行研究并提出一种车间设备布局和自动导引车(Automatic Guide Vehicle,AGV)系统规划的协同设计新方法,它属于柔性可重构制造系统研究范畴。其中车间设备布局问题涉及设备布局、工序排序和AGV的装载及路径等;AGV系统规划涉及工序排序、设备分配(设备分群)、AGV调度和AGV路径优化等。可见其中任一个问题都存在众多耦合的影响因素,不仅如此,更重要的是车间设备布局和AGV系统规划二者存在密切关联关系,所以必须将二者集成,进而采用协同设计,将有助于满足实现柔性制造系统的“柔性可重构”要求。然而过去的相关研究由于车间设备布局或者AGV系统规划都很复杂,因此传统上将二者分别研究,虽然已取得丰硕成果,但是缺乏二者的集成。近年来有研究者采用分步求解方式研究二者集成。例如先求解车间设备布局,再求解AGV系统规划。这属于采用串行求解处理方法,优点是将二者集成,缺欠是属于非协同优化设计,难以满足其“柔性可重构”需求。目前存在急需解决的问题是在给定设计目标下,如何实现车间各区域的区域内设备的数量和型号调整(再分群)及其设备布局灵活调整,以及AGV系统规划灵活匹配。尤其重要的是如何实现各区域内部之内和外部之间的整体协调,以满足该制造系统由于不断变化的柔性可重构要求。与上述方法不同,本文探讨采用二者集成的协同优化设计新方法处理此问题。为此,本文提出一种车间设备布局与AGV系统规划协同设计新方法,目的是力求满足车间柔性可重构制造系统的“柔性可重构”要求。本文基本思想是从系统设计角度,将车间设备布局和AGV系统规划视为系统,首先将二者作集成,然后基于Bozer的区域式AGV系统方式,本文将车间划分为若干区域,将它们置于协同进化框架(Potter’sCC),将各区域作为子系统,采用协同设计方式求解。各区域内的设备的排序及其布局和AGV路径规划采用本文改进的合作式协同野草算法(Cooperative Co-evolution Fuzzy Invasive Weed Optimization algorithm,CCFIWO)和微蜂群算法(Cooperative Co-evolutionary Micro Artificial Bee Colony algorithm,CCMABC)求解,此外各区域内的设备型号和数量分配动态变化采用设备分群发生器处理,从而满足柔性可重构制造系统的“柔性可重构”需求。在理论研究上,本文设计问题属于一类车间或场所内设备布局与AGV系统规划的耦合系统协同设计问题;在应用前景上,本研究课题属于当前柔性可重构制造系统中存在的急待解决实际问题。论文的主要工作成果如下:(1)提出一类柔性车间设备布局和AGV系统规划集成的协同设计数学新模型。本文针对车间设备布局和AGV系统规划协同设计问题,分析二者之间的耦合关系,并对前人的非协同设计的相关模型进行对比分析,构建二者协同设计的数学模型。该数学模型给出了车间各区域内外部的设备排序及其布局和AGV系统规划之间,以及二者之间关联关系的数学描述,以及该设计的适应度函数表达式,以满足柔性可重构系统要求的设备及其布局的调整和AGV系统规划再匹配的数学描述,为该协同设计奠定基础。(2)提出了一种生产车间布局与AGV系统规划设计集成的协同设计框架。从系统设计角度,将车间设备布局和AGV系统规划集成。然后,基于协同设计框架,将车间中各区域作为子系统,各子系统相对独立并行进化。通过整体协调机制实现协同设计,利用算法求解获得车间设备布局与AGV系统规划协同设计方案。因此该框架有助于实现“柔性可重构”,并通过3个不同规模的算例以及实际工程背景的案例进行验证。(3)给出了本文基于协同设计框架的数学模型的求解算法,包括本文改进的合作式协同模糊调节野草算法(CCFIWO)和合作式微蜂群算法(CCMAB)。CCFIWO改进之处是算法引入模糊调节系数和交叉、变异和重生策略来改善个体生成,增强跳出局部最优和全局寻优能力;CCMABC改进之处在于其属于小种群,迭代速度较快。同时辅以精英个体池,以充分利用已有精英个体。上述两算法经案例验证。以上三项内容验证,表明了本文协同设计方法的有效性。(4)开发了一种车间设备布局和AGV系统规划协同设计的系统原型,包括车间设备布局前处理与仿真模块以及布局设计模块,最后给出一个预研的设计实例。本文工作意义:本文的车间设备布局和AGV系统规划协同设计有助于实现其柔性可重构,提高生产率,降低车间内物料运输成本,提升企业效益。在理论上给出一种车间设备布局和AGV系统规划协同设计数学模型和框架及其求解方法,并提供一种车间设备布局和AGV系统规划协同设计相应软件原型。期望本文车间设备与AGV系统规划协同设计有助于满足柔性可重构制造系统的“柔性可重构”要求,也期望能为仓库、码头、机场等场合的设备布局和AGV系统规划协同设计提供参考。

目录
摘要
ABSTRACT
目录

车间布局与自动导引车系统规划协同设计方法

论文组织结构


CONTENTS
图目录
表目录
主要符号表

1 绪论

1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 车间布局问题研究现状
1.2.2 AGV系统规划问题研究现状
1.2.3 协同设计研究现状
1.2.4 求解框架与求解算法研究现状
1.2.5 前期工作基础
1.3 本文主要研究思路与内容

2 问题描述

2.1 引言
2.2 问题概述
2.3 工程实际需求和问题描述
2.4 本章小结

3 建模

3.1 引言
3.2 问题分析和数学模型构建
3.2.1 环形布局问题的数学建模
3.2.2 数学模型
3.2.3 模型分析
3.3 本章小结

4 协同框架设计

4.1 引言
4.2 协同设计框架设计
4.2.1 协同设计框架设计思路
4.2.2 协同设计框架的描述
4.2.3 协同设计的协同方法
4.2.4 协同设计的协同机制
4.2.5 系统个体编码方法
4.3 协同设计框架及其设计方法的实验验证
4.4本章小结

5 求解算法

5.1 引言
5.2 改进的野草算法
5.2.1 编码方式
5.2.2 调节系数及种群生成准则
5.2.3 进化机制
5.2.4 求解算法的算例验证
5.3 改进的蜂群算法
5.3.1 改进的微蜂群算法
5.3.2 求解算法的算例验证
5.4 协同设计框架的不同求解算法比较的案例验证
5.4.1 实验设置
5.4.2 结果比较与讨论
5.5 本章小结

6 系统及原型实现

6.1 引言
6.2 系统的现实需求
6.3 系统原型
6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论
7.2 创新点摘要
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介

抱歉,此资源仅限赞助会员下载,请先
注意:本站资源多为网络收集,如涉及版权问题请及时与站长联系QQ:2766242327,我们会在第一时间内与您协商解决。如非特殊说明,本站所有资源解压密码均为:agvba.com。
weinxin
微信公众号
agvba是一个分享AGV知识和agv案例视频的网站。