謝寶飛　梁濤

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及消費(fèi)者的自我表現(xiàn)意識(shí)越來越強(qiáng)，人們開始追求自己參與其中設(shè)計(jì)的愿望也越來越強(qiáng)烈。在這樣的大趨勢下，服裝工廠利用個(gè)性化定制制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者設(shè)計(jì)與工廠制造之間直接對(duì)接。在材料的加工領(lǐng)域，機(jī)器人作為現(xiàn)代工廠智能制造的核心設(shè)備，機(jī)器人正在逐漸被用到產(chǎn)品的制造過程當(dāng)中。機(jī)器人進(jìn)入工廠車間的流水線進(jìn)行生產(chǎn)也越來越普遍。為了提升制造工廠加工效率問題，以現(xiàn)有工廠線原有的單機(jī)器人生產(chǎn)線為基礎(chǔ)，提出了用多機(jī)器人協(xié)同合作來實(shí)現(xiàn)工廠的日均產(chǎn)值的研究。

關(guān)鍵詞：個(gè)性化；定制；大規(guī)模；多機(jī)器人；協(xié)同合作

中圖分類號(hào)：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2017）10-0154-02

機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)故術(shù)、機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、結(jié)構(gòu)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制理論等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)。隨著我國工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，工業(yè)機(jī)器人的安裝量迅猛增長，應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，在工業(yè)現(xiàn)場得到了廣泛的應(yīng)用。而我國的國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的安裝量每年都在遞增，扮演的角色越來越重要?，F(xiàn)在，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展不斷地提高機(jī)器人的能力，隨著人類要求機(jī)器人完成任務(wù)越來越復(fù)雜，多機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍不斷擴(kuò)大，比如在深海作業(yè)、核工業(yè)處理、太空中的操作等等，都需要大量的機(jī)器人扮演工人的角色。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，幾種學(xué)科之間的交叉形成的機(jī)器人技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。從以前的機(jī)器人學(xué)中一個(gè)簡單的功能到現(xiàn)在復(fù)雜的功能。目前，工業(yè)中使用較為成熟的機(jī)器人是單機(jī)器人工作的情況，通過控制實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)完成任務(wù)。在布料切割領(lǐng)域通過機(jī)器人的技術(shù)和材料的切割相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)在工作的平臺(tái)上對(duì)布料的智能切割。隨著發(fā)展的需求，多機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展是現(xiàn)代工廠的一個(gè)新的研究領(lǐng)域。由于任務(wù)的復(fù)雜性，在工廠的單機(jī)器人很難按要求完成任務(wù)，企業(yè)就希望通過多機(jī)器人之間的合作來按時(shí)的完成任務(wù)。多機(jī)器人的協(xié)調(diào)合作相比于單機(jī)器人的操作能夠在復(fù)雜的環(huán)境中高效率的完成任務(wù)。

衣食住行作為人類生存的基本要求，服裝出現(xiàn)在第一位?，F(xiàn)階段，人們開始追求自我，追求個(gè)性和與眾不同，消費(fèi)者對(duì)服裝的要求越來越苛刻，給服裝制造工廠帶來了極大的壓力。在這種環(huán)境下，服裝的個(gè)性化定制針對(duì)消費(fèi)者的不同喜好和需求正成為最受歡迎的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與服裝工廠的相結(jié)合，是流行的一種趨勢。而現(xiàn)階段，機(jī)器人單獨(dú)的在工廠的生產(chǎn)線上工作很難完成大規(guī)模的個(gè)性化定制，工廠很難提高日產(chǎn)量。為了提高工廠的日產(chǎn)量，解決企業(yè)的困境，采用多機(jī)器人協(xié)同合作的優(yōu)勢來提升工廠每天的產(chǎn)量。

1個(gè)性化定制制造系統(tǒng)

“量體裁衣”是服裝行業(yè)其核心價(jià)值的一種體現(xiàn)。個(gè)性化的定制是用戶自己參與到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造中。依托這種線上線下的互聯(lián)網(wǎng)的互動(dòng)，服裝工廠的個(gè)性化定制可以直接通過零售終端與消費(fèi)者進(jìn)行交易，縮短了產(chǎn)品的流通環(huán)節(jié)，相對(duì)來說，降低了產(chǎn)品的交易成本，提高了產(chǎn)品的性價(jià)比。

1.1個(gè)性化定制的發(fā)展

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)在消費(fèi)者的生活中越來越普及，人們的自我表現(xiàn)意識(shí)越來越強(qiáng)，期望也越來越高，人們已經(jīng)慢慢改變了原來的消費(fèi)觀念。傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)模式下的服務(wù)都是特定的產(chǎn)品和統(tǒng)一規(guī)格的服務(wù)，比如在產(chǎn)品的外觀上，起決定性的是工廠自己。這種服務(wù)是符合大多數(shù)消費(fèi)者的需求，比較大眾化。然而，隨著時(shí)間的推移，時(shí)代的變化，這種模式也相應(yīng)地出現(xiàn)了弊端，人們越來越追求個(gè)性化的與眾不同。個(gè)性化定制制造模式在當(dāng)前的消費(fèi)體驗(yàn)中極大地滿足了消費(fèi)者的個(gè)性需求，工廠推出這種個(gè)性化的服務(wù)，很好地讓消費(fèi)者參與到服裝的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中來。

1.2個(gè)性化定制系統(tǒng)

個(gè)性化定制的出現(xiàn)，突破了地域性的限制，是現(xiàn)有電子商務(wù)模式的最新突破。個(gè)性化定制制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1：

個(gè)性化定制系統(tǒng)的整體架構(gòu)分為三個(gè)部分：客戶端、企業(yè)端、物流端。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了消費(fèi)者到企業(yè)兩者之間的點(diǎn)到點(diǎn)的消費(fèi)模式。

客戶端：個(gè)性化定制制造系統(tǒng)的亮點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)與用戶的實(shí)時(shí)交互?？蛻舳俗鳛橄M(fèi)者接觸的前沿陣地，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者真正的“量體裁衣”。通過具體的測量數(shù)據(jù)和消費(fèi)者的喜好，設(shè)計(jì)自己喜歡的款式。確認(rèn)后，消費(fèi)者通過客戶端下單，填寫詳細(xì)的物流信息。

企業(yè)端：個(gè)性化定制制造系統(tǒng)的企業(yè)端是整個(gè)系統(tǒng)的樞紐，既要完成對(duì)實(shí)時(shí)訂單數(shù)據(jù)的處理，又要完成定制服裝的加工。企業(yè)端的工廠涉及機(jī)器人的加工制造模型，這是個(gè)性化定制從設(shè)計(jì)中的理論走向?qū)嵺`過程中的重要一環(huán)，也是本文對(duì)多機(jī)器人協(xié)同制造研究的核心。實(shí)現(xiàn)按照用戶的個(gè)性化設(shè)計(jì)對(duì)服裝進(jìn)行加工切割、拼裝組合等等。

物流端：個(gè)性化定制系統(tǒng)的物流端相當(dāng)于是工廠的一個(gè)品質(zhì)檢查部門。物流端的工作任務(wù)很重要，它需要完成對(duì)用戶信息的核對(duì)，這里的核對(duì)內(nèi)容包括用戶相對(duì)應(yīng)的定制服裝信息檢測是否匹配、服裝的成品質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)等等。最后定制系統(tǒng)的物流端對(duì)服裝完成打包的工作，包裝貼上相對(duì)應(yīng)的收貨地址之后發(fā)送物流。同時(shí)物流端還應(yīng)該處理的工作是：對(duì)用戶物流信息的跟蹤，以及用戶物流信息的反饋。

2.系統(tǒng)切割制造模型

工廠個(gè)性化定制制造系統(tǒng)一個(gè)重要的環(huán)節(jié)是：布料布匹的裁剪處理。也就是本文所說的系統(tǒng)切割制造模型過程圖，如圖2。

在個(gè)性化定制制造系統(tǒng)的工廠制造環(huán)節(jié)：個(gè)性化制造系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)信息的對(duì)接，制造系統(tǒng)一步步完成切割制造的工序步驟。第一步完成服裝所需布料的查找工作；機(jī)器人通過指定信息在布匹的儲(chǔ)存?zhèn)}庫尋找到所需正確的布料。第二步通過機(jī)器人抓取布料和運(yùn)送，使布料傳送到指定的工作臺(tái)上。工廠制造模型的裁剪工序也是我們本文關(guān)注的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。個(gè)性化定制系統(tǒng)關(guān)注的是大規(guī)模的情況下，對(duì)于工廠大規(guī)模的生產(chǎn)定制服裝，工廠需要很高的出貨率才能保證其生產(chǎn)的成本。當(dāng)我們保證企業(yè)的其他條件不變的情況下，工廠利用個(gè)性化定制系統(tǒng)的制造機(jī)器人提升裁剪工序的效率是增加企業(yè)的產(chǎn)量值。這也是工廠的制造模型環(huán)節(jié)的第三步：機(jī)器人在工作臺(tái)完成布料的裁剪。第四步是收集裁剪后的布料送去組裝以及處理剩下的的余料。

3.多機(jī)器人協(xié)同合作優(yōu)化

協(xié)同現(xiàn)象：是廣泛存在自然界中不同的生物種群之間的相互作用、相互適應(yīng)的過程。在社會(huì)系統(tǒng)中團(tuán)隊(duì)間通過合作，彼此的協(xié)同，進(jìn)而促使社會(huì)整體的演化。在智能計(jì)算領(lǐng)域，協(xié)同作用在生產(chǎn)制造、設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)等方面取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展。不同的領(lǐng)域也有不同的應(yīng)用，在生物醫(yī)學(xué)方面，Yang等提出了配體對(duì)接的協(xié)同進(jìn)化算法，在電力電網(wǎng)方面，Niknam、Azad-farsani提出了混合協(xié)同算法等等。

針對(duì)現(xiàn)實(shí)中的問題，可以通過自然界的協(xié)同現(xiàn)象使用到工廠的機(jī)器人加工裁剪布料的環(huán)節(jié)。

服裝工廠現(xiàn)有的工廠機(jī)器人加工模式是：工廠里的機(jī)器人單獨(dú)的在工作平臺(tái)完成對(duì)布料的裁剪。針對(duì)工廠現(xiàn)有這種加工裁剪模式的情況，現(xiàn)在我們面臨的問題就是單機(jī)器人在工作平臺(tái)裁剪的效率慢，從而影響到工廠的組裝環(huán)節(jié)，致使組裝環(huán)節(jié)的工人浪費(fèi)正常的工作時(shí)間，導(dǎo)致工人大部分的時(shí)間都在等裁剪工序的布料。原有的單機(jī)器人模式制約了生產(chǎn)，本文提出在加工裁剪的工作平臺(tái)使用多機(jī)器人之間的合作協(xié)同作用。通過改變原有的工廠模式，實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人合作型協(xié)同優(yōu)化的工廠模式?，F(xiàn)階段裁剪工序的工作模式，影響了工廠的生產(chǎn)效率。為了提高生產(chǎn)的效率，節(jié)省下游組裝工序的等待時(shí)間，提高裁剪工序的效率是我們的一個(gè)難點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，基于協(xié)同合作優(yōu)化的多機(jī)器人的路徑規(guī)劃的方法，實(shí)現(xiàn)由多機(jī)器人協(xié)同合作完成對(duì)布料的裁剪工作。多機(jī)器人協(xié)同合作的實(shí)現(xiàn)步驟：

1）對(duì)工作平臺(tái)上的布料進(jìn)行規(guī)劃；

2）找出一個(gè)可以分解路徑的函數(shù)進(jìn)行定義；

3）用協(xié)同合作算法求出最優(yōu)路徑；

4）多機(jī)器人分工對(duì)平臺(tái)上的布料進(jìn)行切割。多機(jī)器人協(xié)同合作制造用來克服傳統(tǒng)單機(jī)器人速度慢的特點(diǎn)，從而大大縮減此道工序的時(shí)間。

4.總結(jié)

機(jī)器人工作在企業(yè)工廠的流水線上也越來越普遍，對(duì)企業(yè)的影響也相應(yīng)地增加。本文以服裝工廠原有的單機(jī)器人模式為基礎(chǔ)，提出了多機(jī)器人之間協(xié)同合作優(yōu)化的路徑規(guī)劃方法，旨在滿足工廠在大規(guī)模的個(gè)性化定制需求中確保日產(chǎn)量，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。