(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111611126.9 (22)申请日 2021.12.27 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610000 四川省成 都市金牛区二环路 北一段111号 (72)发明人 张则强　郑红斌　曾艳清　尹涛　 吴腾飞　张裕　 (74)专利代理 机构 深圳峰诚志合知识产权代理 有限公司 4 4525 代理人 胡石开 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06N 3/00(2006.01) (54)发明名称 考虑操作者体力和脑力负荷的拆卸线设置 方法 (57)摘要 本发明公开了考虑操作者体力和脑力负荷 的拆卸线设置方法， 包括如下步骤： 收集拆卸线 和拆卸任务信息， 建立以最小化开启工作站数 量、 空闲时间均衡指标、 能量消耗均衡指标为目 标， 包含操作者体力和脑力负荷约束的拆卸线平 衡问题数学模型； 求解上述数学模型。 本发明考 虑了操作者体力和脑力负荷对拆卸线设置的影 响， 更加符合工人的实际工作情况， 能够获得更 优的拆卸线组合。 本发明针对上述数学模型还提 出了一种改进天牛群算法， 对天牛须搜索算法离 散化， 使算法适用于处理离散型问题， 引入浓度 探测操作、 步长移动操作和变异因子等增强了算 法的寻优及收敛性能。 权利要求书3页 说明书12页 附图3页 CN 114282370 A 2022.04.05 CN 114282370 A 1.考虑操作者体力和脑力负荷的拆卸线设置方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 收集拆卸线和拆卸任务信息， 建立以最小化开启工作站数量、 空闲时间均衡指标、 能量消耗均衡指标为目标， 包 含操作者体力和脑力负荷约束的拆卸线平衡问题数 学模型； 所述数学模型的目标函数如下： F＝min[N,T,R] 其中， 式中， N为开启的工作站数量； T为空闲时间均衡指标； R为能量消耗指标； J为工作站数 目； j为工作站编号， j∈(1， 2， …， J)； I为待拆卸零件总数； 上限值为I； Sj为判断变量， 若工 作站开启Sj＝1， 否则Sj＝0； CT为工作站生产节拍时间， 单位s； STj为完成第j个工作站所有 任务的实际时间， 单位s； ΔE为完成所有工作站内任务的平均能量消耗率， 单位kcal/min； Ej为完成第j个工作站内所有任务的平均能量消耗率， 单位kcal/min； i为任务编号， i∈{1, 2,...,I}； ei为完成任务i的能量消耗， 单位kcal； xij为判断变量， 若任务i分配到第j个工作 站则xij＝1， 否则xij＝0； 所述数学模型的约束条件如下： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114282370 A 2B＝(bil)I×I (17) 式中， Ti为第i个任务的作业时间， 单位s； TTi为满足人因条件下， 完 成第i个任务的作业 时间， 单位s； STTj为满足人因条件下， 完成第j个工作站所有任务的实际时间， 单位s； βi为单 位时间内完成任务i的脑力刚度值； βdown为工作站人员脑力刚度值的下限值； βup为工作站人 员脑力刚度值的上限值； B为优先关系矩阵； bil为判断变量， 若任务i为任务l的紧前任务则 bil＝1， 否则 bil＝0； S2、 求解上述数 学模型。 2.根据权利要求1中所述的考虑操作者体力和脑力负荷的拆卸线设置方法， 其特征在 于， 所述步骤S2包括如下步骤： S20、 设置问题参数与算法参数， 所述的问题参数包括预设节拍时间CT； 所述算法参数 包括种群规模Pop_num， 最大迭代次数G， 外 部档案个数N； S21、 依照约束条件、 采用实数编码方式得到任务拆卸序列， 将每组任务拆卸序列作为 天牛个体构建初始天牛种群； S22、 依靠基于目标函数的算法判定初始天牛种群中天牛个体作为优解的可行性， 筛选 出具有优解可 行性的天牛个 体建立天牛种群的外 部档案Q； S23、 从初始天牛种群 中取一只天牛个体， 通过单点定向插入法改变天牛个体的拆卸序 列获得新的天牛个体， 依据Paret o精英策略和拥挤距离从新的天牛个体和原天牛个体中筛 选天牛个 体； S24、 取步骤S23筛选的天牛个体和一只外部档案Q中的天牛个体， 通过两点交叉操作改 变天牛个体的拆卸 序列获得新的天牛个体， 通过Paret o精英策略和拥挤距离机制筛选天牛 个体； S25、 取步骤S24筛选的天牛个体和一只外部档案Q中的天牛个体， 通过单点随机插入法 改变天牛个体的拆卸 序列， 通过拥挤距离筛选天牛个体并用筛选得到的天牛个体更新外部 档案Q； S26、 取步骤S23中的筛选的天牛个体、 依次取外部档案Q的一只天牛个体， 重复步骤 S24‑S25； S27、 依次取初始天牛种群中的天牛个 体， 重复步骤S23 ‑S26更新外 部档案Q； S28、 利用 步骤S27更行后的外部档案Q和原始天牛种群更新初始天牛种群； 重复步骤 S23‑S27进行迭代， 直至迭代计算次数满足终止条件， 利用NSGA ‑Ⅱ拥挤距离评价标准筛选 出目标函数的外 部档案Q中的非劣解作为 最终输出。 3.根据权利要求2中所述的考虑操作者体力和脑力负荷的拆卸线设置方法， 其特征在 于， 步骤S23中所述通过单点定 向插入法改变天牛个体的拆卸序列获得新的天牛个体包括 如下步骤： 随机选取天牛个体拆卸序列中的一个拆卸 任务， 记录该拆卸任务在整个拆卸序列中的 位置， 遍历整个天牛个体拆卸序列， 找到该拆卸任务的紧前和紧后任务并记录紧前任务和 紧后任务在整个 拆卸序列中的位置； 在满足该拆卸 任务优先关系的条件下， 将该拆卸 任务向该拆卸 任务的紧前任务方向移 动， 生成第一 天牛个体； 将该拆卸任务向该拆卸任务的紧后任务方向移动， 生成第二 天牛个权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114282370 A 3