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基于个性化定制的智能制造研究

范文

谢宝飞　梁涛

摘要：随着我国经济的飞速发展以及消费者的自我表现意识越来越强，人们开始追求自己参与其中设计的愿望也越来越强烈。在这样的大趋势下，服装工厂利用个性化定制制造系统实现消费者设计与工厂制造之间直接对接。在材料的加工领域，机器人作为现代工厂智能制造的核心设备，机器人正在逐渐被用到产品的制造过程当中。机器人进入工厂车间的流水线进行生产也越来越普遍。为了提升制造工厂加工效率问题，以现有工厂线原有的单机器人生产线为基础，提出了用多机器人协同合作来实现工厂的日均产值的研究。

关键词：个性化；定制；大规模；多机器人；协同合作

中图分类号：TP311

文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2017）10-0154-02

机器人技术是综合了计算机故术、机械技术、电子技术、传感技术、结构学、动力学、控制理论等多学科而形成的高新技术。随着我国工业自动化水平的不断提高，工业机器人的安装量迅猛增长，应用领域日益广泛，工业机器人已经成为一种标准的设备，在工业现场得到了广泛的应用。而我国的国内工业机器人的安装量每年都在递增，扮演的角色越来越重要。现在，机器人技术的发展不断地提高机器人的能力，随着人类要求机器人完成任务越来越复杂，多机器人系统应用的领域和范围不断扩大，比如在深海作业、核工业处理、太空中的操作等等，都需要大量的机器人扮演工人的角色。

随着计算机技术、人工智能技术的不断成熟和发展，几种学科之间的交叉形成的机器人技术进入了一个全新的阶段。从以前的机器人学中一个简单的功能到现在复杂的功能。目前，工业中使用较为成熟的机器人是单机器人工作的情况，通过控制实现机器人运动，最终实现完成任务。在布料切割领域通过机器人的技术和材料的切割相结合，最终实现在工作的平台上对布料的智能切割。随着发展的需求，多机器人技术的发展是现代工厂的一个新的研究领域。由于任务的复杂性，在工厂的单机器人很难按要求完成任务，企业就希望通过多机器人之间的合作来按时的完成任务。多机器人的协调合作相比于单机器人的操作能够在复杂的环境中高效率的完成任务。

衣食住行作为人类生存的基本要求，服装出现在第一位。现阶段，人们开始追求自我，追求个性和与众不同，消费者对服装的要求越来越苛刻，给服装制造工厂带来了极大的压力。在这种环境下，服装的个性化定制针对消费者的不同喜好和需求正成为最受欢迎的互联网服务。机器人技术的发展与服装工厂的相结合，是流行的一种趋势。而现阶段，机器人单独的在工厂的生产线上工作很难完成大规模的个性化定制，工厂很难提高日产量。为了提高工厂的日产量，解决企业的困境，采用多机器人协同合作的优势来提升工厂每天的产量。

1个性化定制制造系统

“量体裁衣”是服装行业其核心价值的一种体现。个性化的定制是用户自己参与到产品的设计和制造中。依托这种线上线下的互联网的互动，服装工厂的个性化定制可以直接通过零售终端与消费者进行交易，缩短了产品的流通环节，相对来说，降低了产品的交易成本，提高了产品的性价比。

1.1个性化定制的发展

随着经济的高速发展，互联网在消费者的生活中越来越普及，人们的自我表现意识越来越强，期望也越来越高，人们已经慢慢改变了原来的消费观念。传统的互联网模式下的服务都是特定的产品和统一规格的服务，比如在产品的外观上，起决定性的是工厂自己。这种服务是符合大多数消费者的需求，比较大众化。然而，随着时间的推移，时代的变化，这种模式也相应地出现了弊端，人们越来越追求个性化的与众不同。个性化定制制造模式在当前的消费体验中极大地满足了消费者的个性需求，工厂推出这种个性化的服务，很好地让消费者参与到服装的产品设计中来。

1.2个性化定制系统

个性化定制的出现，突破了地域性的限制，是现有电子商务模式的最新突破。个性化定制制造系统结构示意图如图1：

个性化定制系统的整体架构分为三个部分：客户端、企业端、物流端。整个系统实现了消费者到企业两者之间的点到点的消费模式。

客户端：个性化定制制造系统的亮点是实现与用户的实时交互。客户端作为消费者接触的前沿阵地，实现消费者真正的“量体裁衣”。通过具体的测量数据和消费者的喜好，设计自己喜欢的款式。确认后，消费者通过客户端下单，填写详细的物流信息。

企业端：个性化定制制造系统的企业端是整个系统的枢纽，既要完成对实时订单数据的处理，又要完成定制服装的加工。企业端的工厂涉及机器人的加工制造模型，这是个性化定制从设计中的理论走向实践过程中的重要一环，也是本文对多机器人协同制造研究的核心。实现按照用户的个性化设计对服装进行加工切割、拼装组合等等。

物流端：个性化定制系统的物流端相当于是工厂的一个品质检查部门。物流端的工作任务很重要，它需要完成对用户信息的核对，这里的核对内容包括用户相对应的定制服装信息检测是否匹配、服装的成品质量是否达标等等。最后定制系统的物流端对服装完成打包的工作，包装贴上相对应的收货地址之后发送物流。同时物流端还应该处理的工作是：对用户物流信息的跟踪，以及用户物流信息的反馈。

2.系统切割制造模型

工厂个性化定制制造系统一个重要的环节是：布料布匹的裁剪处理。也就是本文所说的系统切割制造模型过程图，如图2。

在个性化定制制造系统的工厂制造环节：个性化制造系统通过数据信息的对接，制造系统一步步完成切割制造的工序步骤。第一步完成服装所需布料的查找工作；机器人通过指定信息在布匹的储存仓库寻找到所需正确的布料。第二步通过机器人抓取布料和运送，使布料传送到指定的工作台上。工厂制造模型的裁剪工序也是我们本文关注的重点环节。个性化定制系统关注的是大规模的情况下，对于工厂大规模的生产定制服装，工厂需要很高的出货率才能保证其生产的成本。当我们保证企业的其他条件不变的情况下，工厂利用个性化定制系统的制造机器人提升裁剪工序的效率是增加企业的产量值。这也是工厂的制造模型环节的第三步：机器人在工作台完成布料的裁剪。第四步是收集裁剪后的布料送去组装以及处理剩下的的余料。

3.多机器人协同合作优化

协同现象：是广泛存在自然界中不同的生物种群之间的相互作用、相互适应的过程。在社会系统中团队间通过合作，彼此的协同，进而促使社会整体的演化。在智能计算领域，协同作用在生产制造、设计、电力系统等方面取得了相当的进展。不同的领域也有不同的应用，在生物医学方面，Yang等提出了配体对接的协同进化算法，在电力电网方面，Niknam、Azad-farsani提出了混合协同算法等等。

针對现实中的问题，可以通过自然界的协同现象使用到工厂的机器人加工裁剪布料的环节。

服装工厂现有的工厂机器人加工模式是：工厂里的机器人单独的在工作平台完成对布料的裁剪。针对工厂现有这种加工裁剪模式的情况，现在我们面临的问题就是单机器人在工作平台裁剪的效率慢，从而影响到工厂的组装环节，致使组装环节的工人浪费正常的工作时间，导致工人大部分的时间都在等裁剪工序的布料。原有的单机器人模式制约了生产，本文提出在加工裁剪的工作平台使用多机器人之间的合作协同作用。通过改变原有的工厂模式，实现多机器人合作型协同优化的工厂模式。现阶段裁剪工序的工作模式，影响了工厂的生产效率。为了提高生产的效率，节省下游组装工序的等待时间，提高裁剪工序的效率是我们的一个难点。在此基础上，基于协同合作优化的多机器人的路径规划的方法，实现由多机器人协同合作完成对布料的裁剪工作。多机器人协同合作的实现步骤：

1）对工作平台上的布料进行规划；

2）找出一个可以分解路径的函数进行定义；

3）用协同合作算法求出最优路径；

4）多机器人分工对平台上的布料进行切割。多机器人协同合作制造用来克服传统单机器人速度慢的特点，从而大大缩减此道工序的时间。

4.总结

机器人工作在企业工厂的流水线上也越来越普遍，对企业的影响也相应地增加。本文以服装工厂原有的单机器人模式为基础，提出了多机器人之间协同合作优化的路径规划方法，旨在满足工厂在大规模的个性化定制需求中确保日产量，从而提高企业的生产效率。

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