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基于组合规则的作业车间AGV联合调度优化

钟宏扬 彭乘风 廖勇 李翔

钟宏扬, 彭乘风, 廖勇, 李翔. 基于组合规则的作业车间AGV联合调度优化[J]. 制造技术与机床, 2022, (11): 183-192. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.028
引用本文: 钟宏扬, 彭乘风, 廖勇, 李翔. 基于组合规则的作业车间AGV联合调度优化[J]. 制造技术与机床, 2022, (11): 183-192. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.028
ZHONG Hongyang, PENG Chengfeng, LIAO Yong, LI Xiang. Combined rules based optimization for AGV joint scheduling in job shop[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (11): 183-192. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.028
Citation: ZHONG Hongyang, PENG Chengfeng, LIAO Yong, LI Xiang. Combined rules based optimization for AGV joint scheduling in job shop[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (11): 183-192. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.028

基于组合规则的作业车间AGV联合调度优化

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.028
基金项目: 湖南省自科基金面上项目“考虑自动装卸机器人约束协同作业的柔性制造车间资源配置优化”(2020JJ4565);郴州市科技发展计划项目“考虑人力资源的定制型装备制造车间资源优化方法研究”(ZDYF2020161)
详细信息
    作者简介:

    钟宏扬,男,1993年出生,博士研究生,主要研究方向为生产计划与控制、生产系统仿真、车间动态调度等。E-mail:zhystephen@163.com

    通讯作者:

    彭乘风,男,1991年出生,博士研究生,主要研究方向为智能算法设计、智能车间储运系统调度优化、多目标优化等。E-mail:winn_peng@163.com

  • 中图分类号: F391.9

Combined rules based optimization for AGV joint scheduling in job shop

  • 摘要: 以具有自动导航小车(automated guided vehicle, AGV)储运系统的智能车间为研究背景,针对作业车间内机床与AGV联合调度优化问题开展研究。首先,分析作业车间AGV联合调度问题特征,以此建立AGV-加工设备联合调度问题的数学模型以便精确算法求解;随后,将联合调度问题解耦成工序排序与AGV选择两个强关联的子决策问题,在此基础上构建了一套组合规则算法生成框架,并嵌入多样化的启发式规则,设计多种组合规则算法;最后,针对差异化场景算例,对比分析商业求解器Gurobi与组合规则算法的求解结果,并深入分析组合规则算法的有效性和场景适应性。

     

  • 图  1  运输能力有限的作业车间运行示意图

    图  2  联合调度组合规则算法框架

    图  3  小规模测试案例的车间布局图

    图  4  各算法优化目标比较(v = 1 m/s)

    图  5  各算法优化目标比较(v = 2 m/s)

    图  6  组合规则算法大规模算例适应性实验结果(v = 1 m/s)

    图  7  组合规则算法大规模算例适应性实验结果(v = 2 m/s)

    表  1  作业车间环境下AGV联合调度文献

    优化目标求解算法文献
    单目标:Cmax精确法[5]
    元启发式算法[6-7]
    单目标:平均生产周期规则算法[8-10]
    多目标:总运输成本、能源消耗元启发式算法[12-13]
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    表  2  启发式规则汇总分类

    类别规则原理
    工序排序到达机器时间最早(JAT)选择缓冲队列中最早抵达加工机器的任务加工
    机器释放任务时间最早(MER)选择缓冲队列中最早被前工序机器释放的任务加工
    任务开工时间最早(JEO)选择开工时间最早的任务优先加工
    任务完工时间最早(JFO)选择缓冲队列中预计完工时间最早的任务优先加工
    AGV选择搬运完成时间最早(EFR)选择预计完成搬运任务最早的AGV执行
    搬运时间最短(EMT)选择搬运时间最短的AGV执行
    搬运释放时间最早(ERR)选择释放时间最早的AGV执行
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    表  3  实验影响因素汇总

    影响因子影响因子水平影响因子水平值
    车间布局(g)6布局方案(a/b/c/d/e/f)
    任务规模(s)35/6/20
    工序排序规则(o)4JAT/MER/JEO/JFO
    AGV选择策略(h)3EFR/EMT/ERR
    小车行驶速度(v)21 m/s, 2 m/s
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    表  4  小规模问题Gurobi精确解结果(v=1 m/s)

    算例
    编号
    布局方案a布局方案b布局方案c布局方案d
    CmaxtcpuCmaxtcpuCmaxtcpuCmaxtcpu
    #11121386494613826
    #213491792428877701861 800
    #31255621011131077641831 800
    #41351 8001169051261 8001921 800
    #51051137888847130146
    #61581 8001431 8001651 8002221 800
    #71821 8001541 8001811 8002341 800
    #81771 8001811 8001871 8002191 800
    #914230127391431361871 800
    #101761 8001542621688392351 800
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    表  5  小规模问题Gurobi精确解结果(v=2 m/s)

    算例
    编号
    布局方案a布局方案b布局方案c布局方案d
    CmaxtcpuCmaxtcpuCmaxtcpuCmaxtcpu
    #1731681711833
    #28048138158412
    #389690391510416
    #47814728762099100
    #5633571591746
    #61061410669819106119
    #71581 800791 163911 8001231 800
    #8971 800134121321714351
    #9100599499511410
    #1013221129171331514230
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    表  6  小规模问题下组合规则算法运算时间

    算例
    编号
    v = 1 m/s 运算时间/sv = 2 m/s 运算时间/s
    布局a布局b布局c布局d布局a布局b布局c布局d
    #10.033 50.021 20.019 40.019 30.034 00.023 10.019 80.019 9
    #20.031 30.024 30.023 40.023 10.027 00.024 00.026 50.024 4
    #30.024 90.024 70.024 10.023 40.028 10.024 60.025 00.024 9
    #40.0260.023 60.023 10.023 30.031 40.026 40.025 60.025 6
    #50.024 80.020 40.022 30.018 70.019 30.021 70.021 30.020 3
    #60.031 80.026 10.027 20.026 60.027 10.028 80.029 60.027 2
    #70.032 20.0340.032 10.0330.034 20.033 10.034 50.035 9
    #80.028 60.027 60.0290.027 50.030 10.029 90.030 00.028 5
    #90.023 40.022 60.022 40.023 20.026 00.022 90.022 80.023 6
    #100.030 60.029 30.030 50.0290.030 60.031 00.030 90.036 1
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    表  7  中大规模问题下组合规则算法运算时间

    算例
    编号
    v = 1 m/s
    运算时间/s
    v = 2 m/s
    运算时间/s
    #10.585 70.585 1
    #20.596 20.611 3
    #30.569 20.563 0
    #40.588 50.583 8
    #50.589 40.564 2
    #60.914 70.823 6
    #70.866 50.816 0
    #80.920 00.873 0
    #90.879 90.816 0
    #100.888 00.844 5
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  • 收稿日期:  2022-06-22

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