《CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology》：Metaheuristic algorithms for improved optimization of the distribution of end-of-life dismantling tasks between humans and robots
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基于元啟發(fā)式算法優(yōu)化人機(jī)協(xié)作機(jī)械產(chǎn)品拆解流程，研究通過Salp Swarm Algorithm（SSA）、Particle Swarm Optimization（PSO）和Grey Wolf Optimizer（GWO）對比分析，驗(yàn)證SSA在降低投資成本（25.42%）、縮短執(zhí)行時間（73.85%）和減少能耗（8.5%）方面表現(xiàn)最優(yōu)，并具備最佳穩(wěn)定性。
作者：Imen Belhadj | Mohamed Ali Zeddini | Mohamed Amine Ben Abdallah | Nizar Aifaoui
所屬機(jī)構(gòu)：突尼斯莫納斯提爾大學(xué)莫納斯提爾國家工程學(xué)院機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室，地址：Ibn Eljazzar大道，莫納斯提爾5019
摘要
機(jī)器人在拆卸作業(yè)中的廣泛應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)更高效、更可持續(xù)的產(chǎn)品生命周期管理的重要里程碑。其核心目標(biāo)是節(jié)約資源并減少浪費(fèi)。盡管在這一領(lǐng)域取得了進(jìn)展，但在機(jī)器人無法到達(dá)的區(qū)域，仍需要人類操作員來完成任務(wù)。因此，人類與機(jī)器人之間的完美協(xié)作與互補(bǔ)至關(guān)重要。本研究探討了如何通過智能技術(shù)規(guī)劃機(jī)器人和人類之間的拆卸任務(wù)分配，以降低能源損耗。主要目標(biāo)是提高拆卸過程的效率。為此，我們實(shí)施了多種優(yōu)化算法，主要包括Salp Swarm算法（SSA）、粒子群優(yōu)化算法（PSO）和灰狼優(yōu)化算法（GWO）。通過兩個工業(yè)案例研究對這些算法的性能進(jìn)行了對比分析，評估指標(biāo)包括執(zhí)行時間、投資成本、執(zhí)行器消耗的能源以及總拆卸時間。結(jié)果表明，SSA算法的性能優(yōu)于PSO和GWO算法。SSA算法推薦的任務(wù)分配方案可使投資成本降低25.42%，執(zhí)行時間縮短73.85%，執(zhí)行器能耗減少8.5%，這證明了SSA方案在環(huán)保方面具有更優(yōu)的優(yōu)勢。每種算法均進(jìn)行了20次實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證其解決此類優(yōu)化問題的穩(wěn)定性，結(jié)果證實(shí)SSA在結(jié)果質(zhì)量方面最為穩(wěn)定。
章節(jié)內(nèi)容
引言與現(xiàn)狀
全球變暖是一個嚴(yán)重的全球性挑戰(zhàn)，導(dǎo)致氣溫超過50攝氏度并引發(fā)毀滅性洪水。如果不采取行動，這些自然災(zāi)害在未來可能會更加嚴(yán)重[1] [2]。國際社會各方已達(dá)成共識，目標(biāo)是在2030年前將溫室氣體排放量減少45%，并在2050年前實(shí)現(xiàn)零排放[3]。循環(huán)經(jīng)濟(jì)（CE）的概念應(yīng)運(yùn)而生……
人機(jī)任務(wù)分配優(yōu)化方法
本節(jié)致力于預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)壽命終結(jié)（EoL）階段的并行拆卸任務(wù)分配方案。首先對所提出的方法進(jìn)行概述，隨后通過兩個工業(yè)應(yīng)用案例驗(yàn)證其實(shí)際適用性。
結(jié)果討論與對比研究
針對產(chǎn)品壽命終結(jié)階段的人機(jī)協(xié)作任務(wù)分配優(yōu)化問題，本文討論了兩個案例：第一個案例涉及一個包含十一個子組件的“齒輪箱”的拆卸，第二個案例涉及一個包含三十個零件的“工件夾具”的拆卸。為了展示所提方法的有效性，我們對多種算法進(jìn)行了對比分析。
結(jié)論與未來工作
本文提出了一種兩階段方法：首先生成產(chǎn)品壽命終結(jié)階段的拆卸序列，然后優(yōu)化這些序列；其次在人機(jī)協(xié)作背景下分配拆卸任務(wù)。本研究中主要考慮了操作員安全性和能源消耗減少等方面的因素。機(jī)器人和人類之間的任務(wù)分配方法基于對多種元啟發(fā)式算法的比較分析，旨在實(shí)現(xiàn)最優(yōu)分配。
CRediT作者貢獻(xiàn)聲明
Mohamed Amine Ben Abdallah：撰寫、審稿與編輯、軟件設(shè)計(jì)、資源管理。
Nizar Aifaoui：撰寫、審稿與編輯、項(xiàng)目監(jiān)督。
Imen Belhadj：撰寫初稿、方法論設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)收集、形式化分析、概念構(gòu)建。
Mohamed Ali Zeddini：撰寫、審稿與編輯、軟件設(shè)計(jì)、資源管理。
利益沖突聲明
作者聲明不存在可能影響本文研究結(jié)果的已知財務(wù)利益沖突或個人關(guān)系。
致謝
本研究得到了突尼斯莫納斯提爾大學(xué)莫納斯提爾國家工程學(xué)院機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室、自動電氣系統(tǒng)與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室，以及英國謝菲爾德哈勒姆大學(xué)商學(xué)院工程與數(shù)學(xué)系的支持。
