柔性车间设施布局与带装载约束的AGV路径规划集成优化方法

Facility layout and material handling are of great importance in the flexible production manufacturing system. However, there is rare research on integration optimization between these two factors above. This work studies the integrated optimization problem between facility layout and AGV path planning with loading restraint in the flexible production system, with the aim to reduce the production cost and to shorten the production period. From the perspective of engineering system complexity, this work makes a research on integration modeling and solution of facility layout and AGV path planning. Specific work includes (1) making coupling relationship analysis of facility layout and AGV path planning to confirm the correlation strength among sub-problems; (2) proposing integrative modeling strategy and a mathematical method which integrates AGV path planning and facility layout with consideration of layout design, facility selection, material loading and path planning; (3) giving a heterogeneous population differential evolution co-optimization algorithm after making a comprehensive research on the integrated optimization methods which consider both facility layout and AGV path planning. We hope to push forward related theoretic research which is expected to promote the application of layout design theory and path planning Algorithm in flexible production system.

设施布局和物料运送是柔性制造系统的两个重要问题，但目前缺乏将二者集成优化的研究。本项目以柔性制造车间为背景，研究其设施布局和带装载约束的AGV路径规划二者集成优化问题，目的是进一步降低制造成本和缩短生产周期。从工程系统复杂性角度，研究柔性制造车间设施布局与AGV路径规划的集成建模和求解方法。主要内容包括：(1)研究设施布局与AGV路径规划的耦合关系，采用耦合关联矩阵分析方法确定本项目研究问题中各子问题耦合关系;(2)给出柔性制造车间设施布局和AGV路径规划相结合的一体化建模策略和方法，建立综合考虑布局设计、设备选择、物料装载、路径规划等因素的数学模型；(3)研究综合考虑设施布局和AGV路径规划的集成优化方法，给出一种异构种群差异进化的协同优化算法。通过本项目研究，期望推动柔性制造中相关科学问题的理论研究，并期望有助于促进布局设计理论和路径规划算法在柔性制造企业中的应用。

在国家智能制造战略引领下，生产制造类企业正逐渐由传统生产车间、柔性车间向智能车间发展，从而进一步提高生产能力、降低生产成本、缩短生产周期。本项目以柔性车间为背景，从工程系统复杂性角度，研究柔性车间设施布局与AGV路径规划的建模和求解，重点研究设施布局和AGV规划调度的数学模型和若干协同优化求解方法。项目研究内容和所取得成果包括：(1) 首先提出一种考虑车间设施布局和AGV路径规划的协同设计方法，给出项目所研究设施布局的类型和AGV路径布置方式；(2) 在研究设施布局与AGV路径规划耦合关系的基础上，给出该问题的数学模型，确定了该类问题的优化目标和约束条件；(3) 在优化求解框架方面，项目组提出了基于设备分配和回路布局的协同框架和基于区域分群的协同设计框架；(4) 在优化算法方面，提出了改进的蜂群算法和改进的野草算法作为协同框架的具体求解器；(5) 在AGV路径规划方面，给出一种车间详细布局中AGV最短路径的求解方法，所给出的路径更易于布置完成后物料运送通道的设计。上述工作成果可对柔性生产企业在新建或改扩建生产车间、生产线改造、智能运输AGV系统设计方面提供一定的理论指导和技术支持。