一种用于水果称重的流水线动态分拣调度方法及系统与流程

本技术涉及智能分拣与组合优化，尤其涉及一种用于水果称重的流水线动态分拣调度方法及系统。

背景技术：

1、在生鲜流通、物流配送及工业分装等领域，物品的称重与组合装箱是关键环节。现有的动态分拣调度技术通常采用局部贪心策略，即按照物品到达输送线的先后顺序，依次将物品累加至某一固定的目标分配容器中，当累加重量达到预设目标区间时完成一个组合的分配。这种处理方式逻辑简单，对计算资源的实时性要求较低，是目前工业现场普遍采用的基础调度方案。

2、然而，在实际生产工况中，随着分拣线速度的提升以及包装规格多样化需求的增加，由于仅依据到达顺序进行单向累加，极易形成局部可行但后续无法与其他剩余物品匹配的“死组合”，导致目标分配容器的利用率下降及剩余物品积压。同时，当面临组合单元数、总重量及单单元重量等多重约束条件时，现有方案难以在全局范围内对未分配物品进行整体寻优，无法支持多个空闲目标分配容器，从同一候选池中并发获取互不冲突的组合，造成调度节拍瓶颈。此外，当当前未分配物品无法满足成组条件时，系统缺乏基于现有物品状态的反向推导机制，无法给出明确的补充物品属性指导，导致操作人员只能盲目上料等待，延长了成组等待时间。因此，急需一种能够在多重约束下实现全局组合优化、支持多容器并发分配并提供可解释配重指导的动态分拣调度方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的局部贪心策略易产生死组合、多容器并发分配效率低及缺乏配重指导的问题，本技术通过一种用于水果称重的流水线动态分拣调度方法及系统，实现对未分配待配重单元的全局遍历搜索与边界剪枝、基于消耗优先级的互斥分配以及补充单元配重指导信息的生成，从而提升分拣调度的实时性与资源利用率。

2、为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、第一方面，一种用于水果称重的流水线动态分拣调度方法，包括：包括：获取未分配的待配重单元集合和预设的多重约束条件，多重约束条件包括组合单元数约束、组合总重量约束和单元重量约束；基于多重约束条件，对待配重单元集合进行遍历搜索与边界剪枝，生成满足多重约束条件的候选组合集合；基于组合消耗优先级对候选组合集合进行排序，并通过互斥选择约束从候选组合集合中选择无冲突的候选组合，分配至空闲的目标分配容器；响应于待配重单元集合无法生成满足多重约束条件的有效候选组合，生成补充单元的配重指导信息。

4、上述方案通过对全部未分配的待配重单元进行全局遍历搜索与边界剪枝，替代了传统的局部顺序累加，从根本上消除了死组合的产生；通过基于组合消耗优先级的排序与互斥选择，实现了多个空闲目标分配容器从同一全局候选池中并发获取无冲突组合，提升了调度效率；通过在无法成组时生成补充单元的配重指导信息，为人工或自动上料提供了明确指引，缩短了成组等待时间。

5、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，基于多重约束条件，对待配重单元集合进行遍历搜索与边界剪枝，生成满足多重约束条件的候选组合集合的过程，包括：将待配重单元集合中的各待配重单元按重量非降序排列，构建累积重量数组；基于组合单元数约束，从空组合开始进行深度优先遍历，在遍历过程中利用累积重量数组进行上界与下界评估，用于裁剪不满足组合总重量约束的搜索分支；当遍历选出的待配重单元数量满足组合单元数约束，且总重量落入组合总重量约束的区间时，将当前组合记为候选组合集合中的有效候选组合。

6、该实现方式通过构建累积重量数组并结合深度优先遍历，将组合搜索的时间复杂度从指数级降低至可控范围，使得在算力受限的工业控制设备上也能实现毫秒级的实时重算，保证了全局优化的工程可行性。

7、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，在遍历过程中利用累积重量数组进行上界与下界评估，用于裁剪不满足组合总重量约束的搜索分支的过程，包括：在遍历过程中，设当前组合已包含第一数量个待配重单元，当前组合的总重量为第一重量值，下一遍历在待配重单元集合中的起始位置为第一索引；当前组合距组合单元数约束所要求的目标组合单元数还差第二数量个待配重单元，第二数量等于目标组合单元数减去第一数量；在此状态下：若第一重量值与从第一索引起重量最小的第二数量个待配重单元的重量之和大于组合总重量约束的上限，则判定当前分支必然超重，并剪去当前分支；若第一重量值与全局重量最大的第二数量个待配重单元的重量之和小于组合总重量约束的下限，则判定当前分支必然偏轻，并剪去当前分支。

8、该实现方式通过精确的数学边界判定，提前终止了必然超重或必然偏轻的无效搜索路径，在不遗漏任何有效候选组合的前提下，最大程度地减少了计算冗余，进一步提升了算法在高频触发场景下的响应速度。

9、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，基于组合消耗优先级对候选组合集合进行排序，并通过互斥选择约束从候选组合集合中选择无冲突的候选组合，分配至空闲的目标分配容器的过程，包括：将候选组合集合中的各候选组合按组合单元数升序、组合总重量升序进行排序；初始化已分配索引集合为空，依次遍历排序后的候选组合；若当前候选组合包含的单元索引与已分配索引集合无交集，将选中的当前候选组合内包含的单元索引加入已分配索引集合，并分配至空闲的目标分配容器；当已选中的候选组合数量达到当前空闲的目标分配容器数量时，停止选择。

10、该实现方式通过“单元数升序+总重升序”的双重排序规则，优先消耗较少单元和较轻组合，保留了更多剩余单元和较重单元供后续组合使用，有效降低了整体剩余率；同时通过索引互斥检查，确保了同一待配重单元不会被重复分配，保障了多容器并发调度的数据一致性。

11、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，响应于待配重单元集合无法生成满足多重约束条件的有效候选组合，生成补充单元的配重指导信息的过程，包括：基于组合单元数约束，通过滑动窗口从按重量排序的待配重单元中提取包含目标数量个待配重单元的现有单元子集，目标数量比组合单元数约束中的目标组合单元数少一个，并计算现有单元子集的重量总和；基于组合总重量约束和单元重量约束，计算有效重量区间，有效重量区间为使补充单元加入现有单元子集后满足多重约束条件的重量取值范围；对现有单元子集对应的有效重量区间进行重叠合并，并为合并后的每个有效重量区间保留对应的代表单元子集，用于建立有效重量区间与现有物理单元的映射关系。

12、该实现方式不仅计算出了理论上的补充重量区间，还通过保留代表单元子集建立了建议区间与现有物理单元的映射关系，赋予了配重指导信息可解释性，使操作人员能够直观理解建议的来源与合理性，增强了人机协作的信任度与执行效率。

13、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，基于组合总重量约束和单元重量约束，计算有效重量区间的过程，包括：将组合总重量约束的下限与重量总和的差值，以及单元重量约束的下限两者中的最大值，确定为有效重量区间的下界；将组合总重量约束的上限与重量总和的差值，以及单元重量约束的上限两者中的最小值，确定为有效重量区间的上界；当下界不大于上界时，判定有效重量区间有效。

14、该实现方式通过取交集运算，确保了生成的建议重量区间同时满足组合级约束与单元级约束，避免了推荐出虽然能使总重达标但单重超标（或反之）的无效建议，保证了配重指导信息的工程有效性。

15、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，还包括：响应于检测到新合格的待配重单元入队、多重约束条件发生变更、目标分配容器被释放、临时重量上限偏移被调整，或待配重单元被异常回收中的至少一种，重新执行遍历搜索与边界剪枝以及互斥选择的步骤。

16、该实现方式定义了明确的重算触发机制，确保系统状态始终与物理现场的实时变化保持同步，无论是新物料到达还是资源释放，都能即时触发全局优化，维持产线节拍的连续性与稳定性。

17、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，获取未分配的待配重单元集合的过程，包括：将完成重量采集的待配重单元按到达顺序加入先进先出队列；在入队时，依据单元重量约束对待配重单元进行合格判定；将满足单元重量约束的合格待配重单元加入未分配的待配重单元集合，用于参与后续组合优化；将不满足单元重量约束的不合格的待配重单元标记，并排除出组合搜索范围。

18、该实现方式在数据入口端既完成了质量过滤，防止不合格单元进入组合搜索空间，既避免了无效计算资源的浪费，又保证了参与优化的数据集纯净度，提升了后续算法执行的准确性。

19、结合上述第一方面，在一种可能的实现方式中，还包括：当互斥选择结束后，已选中的候选组合数量小于当前空闲的目标分配容器数量时，将已选中的候选组合分配至对应的空闲的目标分配容器，并使剩余的空闲的目标分配容器保持等待状态；将未分配的待配重单元保留在未分配的待配重单元集合中，在下一触发事件发生时重新执行遍历搜索与边界剪枝以及互斥选择的步骤，直至所有空闲的目标分配容器均被分配或候选组合集合耗尽。

20、该实现方式采用了“部分分配+等待重算”的降级策略，区别于现有技术中“全有或全无”的僵化分配模式，确保了即使在候选组合不足的情况下，已有组合仍能即时下发执行，避免了因等待完美解而造成的产线停顿，体现了工业控制中对连续性的优先保障。

21、第二方面，提供一种用于水果称重的流水线动态分拣调度系统，应用于如上述第一方面任一项的一种用于水果称重的流水线动态分拣调度方法，该系统包括通信单元和处理单元；通信单元，用于获取未分配的待配重单元集合以及预设的多重约束条件，多重约束条件包括组合单元数约束、组合总重量约束和单元重量约束；并输出分配后的目标分配容器信息以及配重指导信息；处理单元，用于基于多重约束条件，对待配重单元集合进行遍历搜索与边界剪枝，生成满足多重约束条件的候选组合集合；基于组合消耗优先级对候选组合集合进行排序，并通过互斥选择约束从候选组合集合中选择无冲突的候选组合，分配至空闲的目标分配容器；响应于待配重单元集合无法生成满足多重约束条件的有效候选组合，生成补充单元的配重指导信息。

22、上述系统通过通信单元与处理单元的协同工作，将全局组合优化算法固化为可部署的软件模块，实现了与物理分拣设备的无缝对接，确保了优化策略在工业现场的稳定落地与高效执行。

23、本技术提供一种用于水果称重的流水线动态分拣调度方法及系统，能够通过对待配重单元集合进行基于多重约束条件的遍历搜索与边界剪枝，改变了传统局部贪心策略仅关注当前到达物品的局限，实现了对全局未分配资源的整体寻优，从根源上消除了因局部决策导致的死组合问题，显著提升了目标分配容器的利用率与剩余物品的可组合性。在此基础上，通过基于组合消耗优先级的排序与互斥选择约束，使得多个空闲目标分配容器能够从同一全局候选池中并发获取无冲突的最优组合，解决了多通道场景下的调度瓶颈，提高了分拣线的整体吞吐效率。进一步地，通过在无法生成有效候选组合时自动生成补充单元的配重指导信息，并将该信息与现有物理单元建立可解释的映射关系，将原本被动的等待过程转化为主动的上料指引，有效缩短了成组等待时间，提升了人机协作效率与产线节拍的稳定性。综上，本技术在算力受限的工业环境下，实现了兼顾实时性、全局最优性与操作指导性的动态分拣调度。