人机协同双边装配线平衡——模型、算法及应用

随着机器人技术和制造业的发展，人机协同装配以其在成本、效率和智能化方面的优势，逐步应用于装配制造业，并成为复杂产品装配的*方式。人机协同装配并不是简单粗暴的“机器换人”，而是将工业革命以来靠前细化的人工流水线工作，拉回到“以人为本”的组织模式，让机器人和员工分别从事自己更擅长的事：机器承担更为重复、枯燥、负重及危险的工作，员工承担更多具有创造性和灵活性的工作。基于员工和机器人之间的优势互补，人机协同装配更宜于人性化操作设计，更有利于提升装配效率，提高经济效益，稳定产品质量，及时响应市场波动，故而人机协同装配也成为未来智能化生产的重要基础。人机协同双边装配是汽车、摩托车等大型复杂产品装配时所采用的装配方式。由于装配线上每一成对工位中可布局左、右两个工位，因此装配线长度更短，物料搬运成本更低，在制品数量更少。同时，部分设备能被更多工位共用，不同工位之间更易于合作，生产过程的柔性更强，且企业运营成本更低。然而，在人机协同双边装配的操作模式下进行装配线平衡时，必须考虑人机操作匹配、人机布局、操作分配等多个子问题，这也导致装配线平衡问题复杂度显著提高。本书结合汽车装配企业的需求，针对人机协同双边装配的能力规划与作业调度，挖掘人机装配能力特性、系统特有约束，构建了问题的模型和智能算法。研究成果将丰富现有的装配调度理论，有望提升我国汽车装配的管理水平，促进我国装配制造业的自动化和智能化升级。本书可作为机械工程、管理科学和工程、计算机科学和技术等学科的教师、学生和相关研究人员的参考书，书中提供的模型和算法也可协助装配线优化工程师实现双边装配线的持续改进。

人机协同双边装配，集成了员工操作的灵活性、机器人操作的智能性和双边操作的紧凑性等优势，在汽车、摩托车等大型复杂产品装配中具有重要的应用价值，且具备显著的人类工程学和经济效益。基于作者和国内外同行的多年研究成果，本书系统地阐述了员工、机器人、人机共线、人机协同等情形下双边装配线平衡的数学模型、智能算法及应用实例。本书可作为大专院校机械工程、工业工程、管理科学与工程、计算机科学与技术等学科的教师和学生，以及研究所和企业的研究与技术开发人员的参考书。书中提供的模型、算法和实例也可协助现场工程师实现双边装配线的持续改进。

第1章 绪论
1.1 装配线平衡优化问题
1.1.1 装配线的特征和应用
1.1.2 装配线平衡问题
1.2 人机协同装配线平衡优化
1.2.1 员工装配线平衡问题
1.2.2 机器人装配线平衡问题
1.2.3 人机协同装配平衡问题
1.3 双边装配线平衡优化
1.3.1 双边装配线布局
1.3.2 双边装配线平衡问题
1.3.3 人机协同双边装配线平衡问题
1.4 双边装配线平衡问题的求解方法
1.4.1 准确方法
1.4.2 启发式算法
1.4.3 智能优化算法
1.5 本书的特色和主要内容
本章参考文献
第2章 员工双边装配线平衡优化
2.1 问题描述
2.2 研究概述
2.3 双边装配线平衡问题的数学模型
2.3.1 混合整数规划模型
2.3.2 模型的拓展
2.4 双边装配线平衡问题的编码和解码
2.4.1 双边装配线平衡问题的编码
2.4.2 双边装配线平衡问题的解码
2.5 单解智能算法
2.5.1 编码、解码和邻域结构
2.5.2 模拟退火算法
2.5.3 延迟接受爬山算法
2.5.4 禁忌搜索算法
2.5.5 变邻域搜索算法
2.5.6 迭代贪婪算法
2.5.7 迭代局部搜索算法
2.6 案例测试和结果分析
2.6.1 实验设计
2.6.2 不同的解码和节拍获取方式性能对比
2.6.3 实验结果分析及讨论
本章参考文献
第3章 机器人双边装配线平衡优化
3.1 问题描述
3.2 研究概述
3.3 机器人双边装配线平衡问题的数学模型
3.4 群智能算法
3.4.1 编码和解码
3.4.2 采取的邻域结构
3.4.3 遗传算法
3.4.4 离散粒子群算法
3.4.5 原始布谷鸟搜索算法
3.4.6 离散布谷鸟搜索算法
3.4.7 原始人工蜂群算法
3.4.8 改进人工蜂群算法
3.5 案例测试和结果分析
3.5.1 实验设计
3.5.2 参数校验
3.5.3 实验结果分析及讨论
本章参考文献
第4章 人机共线双边装配线平衡优化
4.1 问题描述
4.2 研究概述
4.3 人机共线双边装配线平衡优化模型
4.3.1 混合整数规划模型
4.3.2 混合整数规划模型二
4.3.3 模型的拓展
4.4 智能优化算法
4.4.1 编码、解码和邻域结构
4.4.2 原始人工蜂群算法
4.4.3 人工蜂群算法1
4.4.4 人工蜂群算法2
4.4.5 改进人工蜂群算法
4.4.6 原始蜂群算法
4.4.7 改进蜂群算法
4.4.8 案例展示
4.5 案例测试和结果分析
4.5.1 实验设计
4.5.2 对比结果与讨论
本章参考文献
第5章 人机协同双边装配线平衡优化
5.1 问题描述
5.2 研究概述
5.3 人机协同双边装配线平衡优化模型
5.3.1 人机串行协同装配线平衡数学模型
5.3.2 人机并行协同装配线平衡数学模型
5.3.3 模型的拓展
5.4 智能优化算法
5.4.1 编码、解码和邻域结构
5.4.2 原始候鸟优化算法
5.4.3 改进候鸟优化算法1
5.4.4 改进候鸟优化算法2
5.4.5 案例展示
5.5 案例测试和结果分析
5.5.1 实验设计
5.5.2 对比结果与讨论
本章参考文献
第6章 考虑成本和效率的人机协同双边装配线的多目标优化
6.1 问题描述
6.2 研究概述
6.3 多目标人机协同双边装配线平衡优化模型构建
6.3.1 考虑人机串行协作的多目标模型
6.3.2 考虑人机并行协作的多目标模型
6.4 多目标优化算法
6.4.1 编码和解码
6.4.2 邻域结构和交叉操作
6.4.3 快速非支配遗传算法
6.4.4 多目标模拟退火算法
6.4.5 原始多目标人工蜂群算法
6.4.6 改进多目标人工蜂群算法
6.4.7 多目标候鸟优化算法
6.4.8 案例展示
6.5 案例测试和结果分析
6.5.1 实验设计
6.5.2 多目标算法评价指标
6.5.3 对比结果与讨论
本章参考文献
第7章 人机协同双边装配线平衡实例研究
7.1 背景介绍
7.2 员工双边装配线平衡优化案例
7.3 人机协同双边装配线平衡优化案例
7.4 考虑成本和效率的人机协同双边装配线的多目标优化案例