智能RGV加工系統調度方法和裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種智能RGV加工系統調度方法和裝置，屬于工件調度領域。該方法采用遺傳算法嵌套蟻群算法的方式，遺傳算法對工件上料順序進行尋優，蟻群算法在信息的節點間轉移過程進行尋優。每只螞蟻帶有一條記錄有工件上料順序的染色體和禁忌表，通過禁忌表和調度邏輯得到可選CNC。通過轉移概率確定螞蟻下一個節點，轉移到該CNC并通過調度邏輯進行作業。當工件全部完成加工時，本螞蟻的尋優過程結束；當所有螞蟻都尋優結束時，記錄本次最優解并對染色體進行交叉變異，本次迭代結束。通過多次迭代得到最優調度路線。本發明專利技術通過遺傳算法彌補了蟻群算法全局尋優能力不強的特點，而蟻群算法的并行搜索能力較強，實現互補，提高了算法的尋優能力。

Scheduling method and device of intelligent RGV machining system

The invention discloses an intelligent RGV processing system scheduling method and device, belonging to the field of workpiece scheduling. This method uses genetic algorithm to nest ant colony algorithm, genetic algorithm to optimize the sequence of workpiece loading, and ant colony algorithm to optimize the process of information transfer between nodes. Each ant has a chromosome and a taboo table which records the feeding sequence of the workpiece. The optional CNC is obtained through the taboo table and scheduling logic. The next node of the ant is determined by the transfer probability, which is transferred to the CNC and the job is done by the scheduling logic. When all the work pieces are processed, the optimization process of the ant is finished; when all the ants are finished, the optimal solution is recorded and the chromosome is cross mutated, and the iteration is finished. The optimal scheduling route is obtained by multiple iterations. The invention makes up for the feature that the ant colony algorithm does not have strong global optimization ability through the genetic algorithm, while the parallel search ability of the ant colony algorithm is strong, realizes complementarity, and improves the optimization ability of the algorithm.

【技術實現步驟摘要】
智能RGV加工系統調度方法和裝置
本專利技術涉及工件調度領域，特別是指一種智能RGV加工系統調度方法和裝置。
技術介紹
智能RGV(軌制導車輛，RailGuidedVehicle)加工系統的示意圖如圖1所示，該系統由1輛用于搬運和上下料工件的軌道式RGV及1條RGV直線軌道、若干個用于工件加工的CNC(計算機數控機床，ComputerizedNumericalControl)、1條上料傳送帶、1條下料傳送帶等附屬設備組成。RGV能根據上下料指令自動控制移動方向和距離并達到指定的CNC位置。RGV帶有一個機械手臂，機械手臂上有兩只用于抓取/放料/搬運的機械手爪(每只機械手抓最多只能帶有一個工件)，并帶有一個用于最后物料離開加工系統前清洗的物料清洗槽，能夠完成上下料及清洗物料等作業任務。現有技術一般使用蟻群算法對RGV加工系統的調度路徑進行尋優，但是傳統蟻群算法的全局尋優能力不強。
技術實現思路
為解決上述技術問題，本專利技術提供一種智能RGV加工系統調度方法和裝置，本專利技術通過遺傳算法彌補了蟻群算法全局尋優能力不強的特點，而蟻群算法的并行搜索能力較強，實現互補，提高了算法的尋優能力。本專利技術提供技術方案如下：第一方面，本專利技術提供一種智能RGV加工系統調度方法，所述方法包括：步驟S1：初始化螞蟻種群、各個加工過程的信息素濃度、設備維禁忌表和每個CNC的剩余加工時間，所述螞蟻種群包括Nm只螞蟻，每只螞蟻攜帶有一條代表上料順序的染色體，對染色體賦初值，所有螞蟻的染色體組成上料矩陣；；其中設備維禁忌表記錄每臺CNC目前的加工情況，用于確定RGV下一步可以去往哪些CNC步驟S2：根據設備維禁忌表和預先設定的調度邏輯得出當前螞蟻從當前CNC下一步能夠去往的所有CNC，作為可選CNC；步驟S3：根據調度邏輯判斷是否需要進行上料操作，若需要進行上料操作，則在上料矩陣中選擇對應位置的工件編號等待上料；步驟S4：根據各個加工過程的信息素濃度和各個CNC的剩余加工時間計算當前螞蟻從當前CNC移動到每一個可選CNC的轉移概率，并根據轉移概率，從可選CNC中選取出從當前CNC位置去往的下一個CNC；步驟S5：將當前螞蟻從當前CNC移動到去往的CNC，并根據調度邏輯進行作業，其中，若需要進行上料操作，則將上料矩陣中選擇出的工件上料到對應的CNC；步驟S6：重復步驟S2～步驟S5，直至所有的N個工件加工完畢，得到一個調度路線；步驟S7：對下一只螞蟻重復步驟S2～步驟S6，直至遍歷所有Nm只螞蟻，得到Nm個調度路線；步驟S8：將Nm個調度路線中用時最短的調度路線進行記錄；步驟S9：將Nm只螞蟻的染色體兩兩進行交叉操作，然后進行變異操作，更新上料矩陣；步驟S10：重復步驟S2～步驟S9，直至達到設定的總迭代次數G，得到G個記錄的調度路線；步驟S11：從G個記錄的調度路線中選出用時最短的調度路線，即為最終的調度路線。進一步的，通過如下公式計算當前螞蟻從當前第m號CNC移動到第m’號可選CNC的轉移概率pm′：其中，α為信息啟發式因子，β為期望啟發式因子，m和m’為CNC的序號，m為當前CNC的序號，m’為可選CNC的序號，n和n’為工件的序號，(mn,m′n′)表示“當前螞蟻給第m號CNC上料第n號的工件，并對第m號CNC上的第n′號工件進行下料，將第n′號工件移動至第m′號CNC上進行加工”的加工過程，τ(mn,m′n′)表示(mn,m′n′)加工過程的信息素濃度，Jk是所有CNC及與之匹配的上料工件的集合，在該集合中，m,m’＝1…K；n,n′＝1…N，K為CNC的總數量；η(m’)＝min{max(MTmm’,LTm’)}，MTmm’為當前螞蟻從第m號CNC移動到第m’號CNC所用的時間，LTm’為第m’號CNC的剩余加工時間，所述剩余加工時間為第m’號CNC上正在加工的工件距離加工完成還需要的時間。進一步的，所述根據轉移概率，從可選CNC中選取出當前CNC去往的CNC進一步為：根據轉移概率，通過輪盤賭算法，從可選CNC中選取出當前CNC去往的CNC；所述步驟S6還包括：更新各個CNC的剩余加工時間，更新設備維禁忌表。進一步的，所述步驟S9還包括：通過如下公式更新各個加工過程的信息素濃度；τ為更新前的信息素濃度，τ′為更新后的信息素濃度，i表示各個螞蟻的序號，I表示當前更新的加工過程對應的螞蟻的序號，Ci表示各個螞蟻的完工時間；Rho為信息素蒸發算子，NC為當前的迭代次數。進一步的，所述智能RGV加工系統包括兩道加工工序，一部分CNC用于加工第一道工序，另一部分CNC用于加工第二道工序；未被加工的工件稱為生料工件，被第一道工序加工后的工件稱為半熟料工件、被第二道工序加工后的工件稱為熟料工件，所述調度邏輯包括：當RGV到達加工第一道工序的CNC時，若該CNC上有半熟料工件且RGV上載有半熟料工件，則陷入死鎖；當RGV到達加工第一道工序的CNC且生料工件已全部被上料時，若該CNC上有半熟料工件且RGV上未載有半熟料工件，則將CNC上的半熟料工件下料給RGV；當RGV到達加工第一道工序的CNC且生料工件未全部被上料時，若該CNC上有半熟料工件且RGV上未載有半熟料工件，則將CNC上的半熟料工件下料給RGV，并將生料工件上料給CNC；當RGV到達加工第一道工序的CNC且生料工件已全部被上料時，若該CNC上無半熟料工件，則無作業任務；當RGV到達加工第一道工序的CNC且生料工件未全部被上料時，若該CNC上無半熟料工件，則將生料工件上料給CNC；當RGV到達加工第二道工序的CNC時，若該CNC上有熟料工件且RGV上載有半熟料工件，則將CNC上的熟料工件下料給RGV，并將RGV上的半熟料工件上料給CNC；當RGV到達加工第二道工序的CNC時，若該CNC上有熟料工件且RGV上未載有半熟料工件，則將CNC上的熟料工件下料給RGV；當RGV到達加工第二道工序的CNC時，若該CNC上無熟料工件且RGV上載有半熟料工件，則將RGV上的半熟料工件上料給CNC；當RGV到達加工第二道工序的CNC時，若該CNC上無熟料工件且RGV上未載有半熟料工件，則無作業任務。第二方面，本專利技術提供一種智能RGV加工系統調度裝置，所述裝置包括：初始化模塊，用于初始化螞蟻種群、各個加工過程的信息素濃度、設備維禁忌表和每個CNC的剩余加工時間，所述螞蟻種群包括Nm只螞蟻，每只螞蟻攜帶有一條代表上料順序的染色體，對染色體賦初值，所有螞蟻的染色體組成上料矩陣；其中設備維禁忌表記錄每臺CNC目前的加工情況，用于確定RGV下一步可以去往哪些CNC；可選CNC確定模塊，用于根據設備維禁忌表和預先設定的調度邏輯得出當前螞蟻從當前CNC下一步能夠去往的所有CNC，作為可選CNC；上料判斷模塊，用于根據調度邏輯判斷是否需要本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種智能RGV加工系統調度方法，其特征在于，所述方法包括：/n步驟S1：初始化螞蟻種群、各個加工過程的信息素濃度、設備維禁忌表和每個CNC的剩余加工時間，所述螞蟻種群包括N

【技術特征摘要】
1.一種智能RGV加工系統調度方法，其特征在于，所述方法包括：
步驟S1：初始化螞蟻種群、各個加工過程的信息素濃度、設備維禁忌表和每個CNC的剩余加工時間，所述螞蟻種群包括Nm只螞蟻，每只螞蟻攜帶有一條代表上料順序的染色體，對染色體賦初值，所有螞蟻的染色體組成上料矩陣；其中設備維禁忌表記錄每臺CNC目前的加工情況，用于確定RGV下一步可以去往哪些CNC；
步驟S2：根據設備維禁忌表和預先設定的調度邏輯得出當前螞蟻從當前CNC下一步能夠去往的所有CNC，作為可選CNC；
步驟S3：根據調度邏輯判斷是否需要進行上料操作，若需要進行上料操作，則在上料矩陣中選擇對應位置的工件編號等待上料；
步驟S4：根據各個加工過程的信息素濃度和各個CNC的剩余加工時間計算當前螞蟻從當前CNC移動到每一個可選CNC的轉移概率，并根據轉移概率，從可選CNC中選取出從當前CNC位置去往的下一個CNC；
步驟S5：將當前螞蟻從當前CNC移動到去往的CNC，并根據調度邏輯進行作業，其中，若需要進行上料操作，則將上料矩陣中選擇出的工件上料到對應的CNC；
步驟S6：重復步驟S2～步驟S5，直至所有的N個工件加工完畢，得到一個調度路線；
步驟S7：對下一只螞蟻重復步驟S2～步驟S6，直至遍歷所有Nm只螞蟻，得到Nm個調度路線；
步驟S8：將Nm個調度路線中用時最短的調度路線進行記錄；
步驟S9：將Nm只螞蟻的染色體兩兩進行交叉操作，然后進行變異操作，更新上料矩陣；
步驟S10：重復步驟S2～步驟S9，直至達到設定的總迭代次數G，得到G個記錄的調度路線；
步驟S11：從G個記錄的調度路線中選出用時最短的調度路線，即為最終的調度路線。


2.根據權利要求1所述的智能RGV加工系統調度方法，其特征在于，通過如下公式計算當前螞蟻從當前第m號CNC移動到第m’號可選CNC的轉移概率pm′：



其中，α為信息啟發式因子，β為期望啟發式因子，m和m’為CNC的序號，m為當前CNC的序號，m’為可選CNC的序號，n和n’為工件的序號，(mn,m′n′)表示“當前螞蟻給第m號CNC上料第n號的工件，并對第m號CNC上的第n′號工件進行下料，將第n′號工件移動至第m′號CNC上進行加工”的加工過程，τ(mn,m′n′)表示(mn,m′n′)加工過程的信息素濃度，Jk是所有CNC及與之匹配的上料工件的集合，在該集合中，m,m’＝1…K；n,n′＝1…N，K為CNC的總數量；
η(m’)＝min{max(MTmm’,LTm’)}，MTmm’為當前螞蟻從第m號CNC移動到第m’號CNC所用的時間，LTm’為第m’號CNC的剩余加工時間，所述剩余加工時間為第m’號CNC上正在加工的工件距離加工完成還需要的時間。


3.根據權利要求2所述的智能RGV加工系統調度方法，其特征在于，所述根據轉移概率，從可選CNC中選取出當前CNC去往的CNC進一步為：根據轉移概率，通過輪盤賭算法，從可選CNC中選取出當前CNC去往的CNC；
所述步驟S6還包括：更新各個CNC的剩余加工時間，更新設備維禁忌表。


4.根據權利要求3所述的智能RGV加工系統調度方法，其特征在于，所述步驟S9還包括：通過如下公式更新各個加工過程的信息素濃度；



τ為更新前的信息素濃度，τ′為更新后的信息素濃度，i表示各個螞蟻的序號，I表示當前更新的加工過程對應的螞蟻的序號，Ci表示各個螞蟻的完工時間；



Rho為信息素蒸發算子，NC為當前的迭代次數。


5.根據權利要求1-4任一所述的智能RGV加工系統調度方法，其特征在于，所述智能RGV加工系統包括兩道加工工序，一部分CNC用于加工第一道工序，另一部分CNC用于加工第二道工序；未被加工的工件稱為生料工件，被第一道工序加工后的工件稱為半熟料工件、被第二道工序加工后的工件稱為熟料工件，所述調度邏輯包括：
當RGV到達加工第一道工序的CNC時，若該CNC上有半熟料工件且RGV上載有半熟料工件，則陷入死鎖；
當RGV到達加工第一道工序的CNC且生料工件已全部被上料時，若該CNC上有半熟料工件且RGV上未載有半熟料工件，則將CNC上的半熟料工件下料給RGV；
當RGV到達加工第一道工序的CNC且生料工件未全部被上料時，若該CNC上有半熟料工件且RGV上未載有半熟料工件，則將CNC上的半熟料工件下料給RGV，并將生料工件上料給CNC；
當RGV到達加工第一道工序的CNC且生料工件已全部被上料時，若該CNC上無半熟料工件，則無作業任務；
當RGV到達加工第一道工序的CNC且生料工件未全部被上料時，若該CNC上無半熟料工件，則將生料工件上料給CNC；
當RGV到達加工第二道工序的CNC時，若該CNC上有熟料工件且RGV上載有半熟料工件，則將CNC上的熟料工件下料給RGV，并將RGV上的半熟料工件上料給CNC；
當RGV到達加工第二道工序的CNC時，若該CNC上有熟料工件且RGV上未載有半熟料工件，則將CNC上的熟料工件下料給RGV；
當RGV到達加工第二道工序的CNC時，若該CNC上無熟料工件且RGV上載有半熟料工件，則將RGV上的半熟料工件上料給CNC；
當RGV到達加工第二道工序的CNC時，若該CNC上無熟料工件且RGV上未載有半熟料工件，則無作業任務。


6.一種智能RGV加工系統調度裝置，其特征在于，所述裝置包括：
初始化模塊，用于初始化螞蟻種群、各個加工過程的信息素濃度、設備維禁忌表和每個C...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡華清，趙瑞，
申請(專利權)人：胡華清，
類型：發明
國別省市：北京;11