工业机器人装备运行能量有效多级协同优化研究

作     者：张家强 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘泉

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：工业机器人装备 能量有效 多级协同优化 

摘      要：随着工业机器人装备在制造业中的广泛应用,其消耗的能量逐渐增多。如何在保障生产效率的同时实现工业机器人装备运行的能量有效优化,成为不少学者和企业关注的焦点。车间环境下,根据制造能力的存在形式及粒度,可以将工业机器人制造系统分为三级,即制造单元级、生产线级和车间级。现阶段,工业机器人装备运行能量有效优化主要在前两级上单独进行,没有考虑两级间的性能波动传递特征,然而制造单元级是生产线级的组成部分,在任一层级进行优化,必然会对另一层级运行造成影响,甚至产生未知的性能扰动。因此,研究工业机器人装备运行能量有效多级协同优化具有重大意义。本文以服务型制造模式为背景,从制造单元级和生产线级两个层级角度对工业机器人装备运行能量有效优化进行研究,并基于此进一步研究多级协同优化模型及决策方法。本文主要工作如下:（1）提出基于深度Q网络（Deep Q-Network,DQN）的工业机器人装备运行速度能量有效控制方法和基于自适应蜜蜂算法的工业机器人装备服务组合优化方法。针对工业机器人装备能耗建模复杂且繁琐的问题,将DQN引入到工业机器人装备运行速度优化领域,提出一种模型无关的工业机器人装备运行速度能量有效控制方法。在生产线级上,基于Q学习改进蜜蜂算法邻域搜索策略,提出一种自适应蜜蜂算法,以解决工业机器人装备服务组合优化问题。（2）构建工业机器人装备运行能量有效多级协同优化模型。针对生产环境下的不确定事件及各层级上工业机器人制造系统运行的要素、行为和规则,基于事件驱动、双决策、跨级协同等思想构建工业机器人装备运行能量有效多级协同优化模型,设计相关功能模块及模型运行机制,并仔细论述模型的特点及关键实现技术。（3）提出工业机器人装备运行能量有效多级协同决策方法。在工业机器人装备运行能量有效多级协同优化模型的基础上,考虑两级性能间的相互影响关系,基于贪婪、性能保护、最小开销三大原则设计多级协同优化决策方法。该方法对工业机器人制造系统在制造单元级和生产线级上的优化行为进行决策和协调,最终达到整体能量有效性能提升的效果。