非标模块化装配产线物流构型候选池的生成方法

本发明涉及非标自动化装配产线规划设计，具体涉及一种非标模块化装配产线中物流构型候选池的生成方法。

背景技术：

1、在非标模块化装配产线中，以工位作为基本生产单位，通常可分为加工工位、检测工位、转运工位和缓存工位。其中加工工位和检测工位受成熟工艺链的约束，其结构相对固定，通常称为固化工位；而转运工位和缓存工位承担在制品的输送与暂存功能，两者在结构上高度多样化，其组合称为物流构型。物流构型的设计是整个非标产线设计中的关键变量，直接决定了产线的柔性和运行效率。

2、目前，物流构型设计主要依赖资深工程师的经验和直觉，存在显著不足。一方面，设计需求缺乏形式化表征，在制品输送需求无法进行标准化描述，难以支撑设计的自动化和标准化。另一方面，缺乏系统化的构型生成机制，经验驱动的设计往往仅关注功能层面的组件选择或接口匹配，未能有效融入在制品空间输送中的刚体运动约束，导致早期生成的物流构型可能存在运动学不可行或机械接口不兼容的隐患。同时，受设计惯性影响，人工构思难以穷举所有可行构型，方案的多样性和客观性不足。

3、因此，亟需一种能够从物流需求出发，自动生成满足运动学可行和接口兼容要求的物流构型候选池的方法，以解决现有技术中的上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种非标模块化装配产线物流构型候选池的生成方法，通过建立设计需求与物流工位的形式化表征，定义基础构型拓扑模式，并基于规则和约束自动合成构型实例，实现构型候选池的标准化、客观化和完备化生成。

2、为实现上述目的，本发明提供一种非标模块化装配产线物流构型候选池的生成方法，所述生成方法包括以下步骤：

3、s1、将固化工位的在制品的转运需求转换为物流需求三元组，所述物流需求三元组包括运动学需求、物理接口约束和出入料方向约束；

4、s2、将所有物流工位统一转换为对应的运动学特征，所述运动学特征包括工位类型、自由度、装卸方向和缓存标识；同时建立所述固化工位与所述物流工位对应的第一工位连接规则以及物流构型内部物流工位的第二工位连接规则；

5、s3、定义物流构型的拓扑模式集合，所述拓扑模式集合用于描述物流构型中转运工位与缓存工位的串行和/或并行连接骨架；

6、s4、获取物流设计需求，根据所述物流设计需求基于所述物流需求三元组、所述第一工位连接规则、所述第二工位连接规则、所述拓扑模式集合自动遍历生成全部合规物流构型，汇总得到物流构型候选池。

7、优选地，所述运动学需求满足以下条件：

8、；

9、其中，表示所述运动学需求，表示第

i个在制品的空间向量，d表示位置向量。

10、优选地，所述物理接口约束满足以下条件：

11、

12、其中，表示所述物理接口约束，表示物流构型前端第个固化工位的输出接口类型，表示物流构型后端第个固化工位的输入接口类型；表示动力源，表示无动力源。

13、优选地，所述出入料方向约束满足以下条件：

14、

15、其中，表示所述出入料方向约束，表示世界坐标系中的六个主方向集合。

16、优选地，所述工位类型包括侵入型、主动辅助型和被动辅助型；所述侵入型用于主动独立处理所述在制品的装卸载，所述主动辅助型用于提供动力协助上下游工位完成所述在制品的装卸载，所述被动辅助型用于作为所述在制品的载体，其装卸载完全依赖于上下游工位实现。

17、优选地，所述第一工位连接规则包括：

18、当所述固化工位的接口为有动力源类型时，则其直接连接的所述物流工位为侵入型或主动辅助型；

19、当所述固化工位的接口为无动力源类型时，则其直接连接的所述物流工位为侵入型；

20、所述固化工位不与所述工位类型为被动辅助型的物流工位直接连接。

21、优选地，所述第二工位连接规则为：

22、所述工位类型为侵入型的物流工位的下游可为所述主动辅助型或所述被动辅助型的物流工位；

23、所述工位类型为主动辅助型的物流工位的下游可为所述侵入型或所述主动辅助型的物流工位；

24、所述工位类型为被动辅助型的物流工位的下游只能为所述侵入型的物流工位。

25、优选地，所述拓扑模式集合包括头部缓存型、尾部缓存型、中间缓存型和选择缓存型；所述物流工位包括缓存工位和转运工位；

26、所述头部缓存型属于串行缓存结构，其拓扑特征为一个缓存工位串接一组转运工位，仅适配上游固化工位为有动力源类型接口，下游固化工位为有动力源类型接口或无动力源类型接口；

27、所述尾部缓存型属于串行缓存结构，其拓扑特征为一组转运工位串接一个缓存工位；仅适配上游固化工位为有动力源类型接口或无动力源类型接口，下游固化工位为有动力源类型接口；

28、所述中间缓存型属于串行缓存结构，其拓扑特征为一组转运工位串接一个缓存工位再串接一组转运工位；适配上游固化工位和下游固化工位为任意有动力源类型接口或无动力源类型接口的接口组合；

29、所述选择缓存型属于并行缓存结构，其拓扑特征为一组转运工位并行连接一个缓存工位，仅工位阻塞时缓存工位参与工件暂存；适配上游固化工位和下游固化工位为任意有动力源类型接口或无动力源类型接口的接口组合。

30、优选地，步骤s4包括以下子步骤：

31、s41、根据所述物流设计需求提取对应的所述物流需求三元组；

32、s42、解析所述物流需求三元组，提取出输出接口类型、输入接口类型、上游出料方向约束以及下游入料方向约束；

33、s43、从所述物流需求三元组的运动学需求中拆分重合运动轴和异构运动轴；

34、s44、结合所述输出接口类型、所述输入接口类型、所述缓存标识、所述第一工位连接规则以及所述第二工位连接规则，筛选当前的所述物流设计需求适配的合法物流构型拓扑模式集合；

35、s45、遍历所述合法物流构型拓扑模式集合内每一种拓扑模板，直至到达预设物流构型最大工位长度，调取物流组件库，生成全部满足工位连接规则的物流构型实例；

36、s46、汇总所有所述物流构型实例形成并输出所述物流构型候选池。

37、与现有技术相比，本发明通过将固化工位的在制品转运需求转换为包含运动学需求、物理接口约束和出入料方向约束的物流需求三元组，实现了设计需求的形式化表征，将原本依赖人工经验解读的模糊需求转化为可被算法直接处理的标准化数据结构，为构型自动化生成奠定了基础。

38、通过将所有物流工位统一转换为包含工位类型、自由度、装卸方向和缓存标识的运动学特征，并建立固化工位与物流工位之间的第一工位连接规则以及物流工位之间的第二工位连接规则，确保了生成过程中组件接口的机械兼容性，从规则层面消除了不合理的工位组合。

39、通过定义包含头部缓存型、尾部缓存型、中间缓存型和选择缓存型的拓扑模式集合，将常见的串行和并行缓存结构进行归纳抽象，使得构型生成过程具备明确的骨架约束，在保证结构合理性的同时覆盖了多种产线布局需求。

40、通过在构型生成过程中从运动学需求中拆分重合运动轴和异构运动轴，并依据输出接口类型、输入接口类型、缓存标识及工位连接规则筛选合法拓扑模式后遍历生成全部合规物流构型实例，确保了所生成候选池中的每一个构型均满足在制品空间输送的刚体运动约束，从根源上解决了传统经验驱动设计中运动学可行性评判缺失的问题。

41、通过自动遍历全部合规物流构型并汇总形成候选池，突破了人工设计因思维惯性导致的多样性不足的局限，能够系统性地生成所有满足约束的潜在构型方案，为后续方案优选提供了客观、完备的选项空间。

42、综上所述，本发明实现了从物流需求到构型实例的端到端自动化生成，所生成候选池中的所有构型均满足运动学可行和机械接口兼容的条件，显著提高了非标模块化装配产线设计的效率和质量。