集成AGV路径规划的数字化车间设备布局优化方法及其应用研究

摘要

新一轮的技术和工业革命在世界范围内正在发生，用自动化改进人们的工作、生活和环境，提升客户的生产效率和产品品质，做到低成本、低能耗，安全可靠、智能的生产。数字化下的车间应该是自动化和信息化高度融合的车间，然而现在有些传统车间主要依靠人工驾驶叉车进行物料运输，运输效率不高。为推进智能制造，智能制造数字化车间改造刻不容缓，采用无人搬运车来代替传统人工叉车进行物料运输来实现车间自动化。本文针对数字化车间中多行设备布局与AGV路径规划中存在的问题，分析两者的耦合关系，提出集成AGV路径规划的数字化车间多行设备布局模型与求解方案，并将其运用于某企业车间的自动化生产线设计流程中。 本文主要内容如下: 第一章概述了多行设备布局和AGV路径规划发展现状，阐述了本课题的研究意义和技术背景，综述了设备布局建模方法、AGV路径规划方法、元启发式算法的研究现状，并根据现有研究方法的不足，提出了本文的研究内容与组织框架。 第二章基于混合整数规划模型对多行设备布局进行建模，以物流运输量最小为目标，并通过决策变量判断设备的位置和设定相关约束条件。在求解模型的过程中，基于进行交互法设计求解流程，然后通过改进萤火虫算法对模型进行求解。最后以一个机械加工车间为实例，验证了本章模型、求解流程和算法的有效性。 第三章基于区段式方法建立AGV路径规划优化模型，通过稀疏A*算法对AGV路径规划中的最优路径进行求解。通过建立群决策相对熵集结模型，对AGV路径规划问题求得的Pareto解集进行优中取优，基于熵可靠性使决策结果的可靠性得到提高。最后以一个机械加工车间为例，证实了本章模型与求解方法的有效性。 第四章分析多行设备布局和AGV路径规划之间的耦合关系，建立以数字化车间内设备组之间物流运输总量最小、物料搬运时长最短、AGV数量最少为目标的集成优化模型。采用改进的免疫遗传算法对集成模型进行求解。最后以一个机械加工车间生产线布置为例，验证本章所提方法的有效性。 第五章依托企业实际项目，基于本文所提的理论和方法，结合企业实际车间环境情况，对企业车间进行多行设备布局和AGV路径规划。将集成优化结果和分开优化结果进行对比，验证了集成AGV路径规划的多行设备布局模型与求解方法的有效性。 第六章对全文的研究内容进行总结，并对课题进一步的研究进行了展望。

目录

声明

致谢

摘要

第1章绪论

1．1引言

1．2课题的研究意义与技术背景

1．3国内外研究现状

1．3．1设备布局研究现状

1．3．2 AGV路径规划研究现状

1．4论文的研究内容与组织框架

1．4．1论文的研究内容

1．4．2论文的组织框架

1．5本章小结

第2章基于混合整数规划模型的数字化车间多行设备布局

2．1引言

2．2数字化车间多行设备布局问题分析

2．3基于混合整数规划模型的多行设备布局模型建立

2．3．1多行设备布局模型目标函数建立

2．3．2多行设备布局模型约束条件确定

2．4数字化车间多行设备布局问题的求解

2．4．1多行设备布局的求解流程

2．4．2改进萤火虫算法的优化流程

2．4．3改进萤火虫算法性能测试

2．5应用实例

2．6本章小结

第3章基于区段式方法的数字化车间AGV路径规划

3．1引言

3．2确定多行设备布局下的AGV路径规划的问题分析

3．3基于区段自治的AGV路径规划模型建立

3．3．1物料运输系统建立

3．3．2区段式AGV系统网络流程设计与模型建立

3．4 AGV路径规划的最优路径求解

3．4．1无向连通图中的最优路径描述

3．4．2稀疏A*算法求解流程

3．4．3数值算例及算法性能对比

3．5基于群决策的AGV路径规划Pareto解集分析

3．5．1 AGV路径规划问题的Pareto解集描述

3．5．2群决策相对熵集结模型建立

3．5．3基于熵可靠性的权重改进方法

3．6应用实例

3．6．1确定多行设备布局下的AGV路径规划

3．6．2基于熵可靠性的群决策分析

3．7本章小结

第4章数字化车间多行设备布局与AGV路径规划集成优化求解

4．1引言

4．2多行设备布局和AGV路径规划耦合关系分析

4．3多行设备布局与AGV路径规划集成模型的建立

4．3．1多行设备布局与AGV路径规划集成模型问题描述及相关假设

4．3．2多行设备布局与AGV路径规划集成模型目标函数的建立

4．3．3多行设备布局与AGV路径规划集成模型约束条件的确定

4．4基于改进免疫遗传算法的多行设备布局与AGV路径规划集成模型求解

4．4．1改进免疫遗传算法及其流程

4．4．2不等长双链染色体的进化操作

4．4．3精英保留策略的改进设计

4．5应用实例

4．6本章小结

第5章集成AGV路径规划的鲜湿面条机车间多行设备布局优化设计技术应用

5．1引言

5．2项目开展背景

5．3集成AGV路径规划的鲜湿面条机车问多行设备布局工程应用

5．3．1集成AGV路径规划的多行设备布局优化求解

5．3．2集成优化求解与分开优化求解对比分析

5．4本章小结

第6章总结与展望

6．1全文总结

6．2工作展望

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间参与的科研项目和学术成果