CN112970038A

CN112970038A - 用于计算机辅助地优化针对至少一个具有多个库位置的刀库的刀具运输的方法和设备

Info

Publication number: CN112970038A
Application number: CN201880099564.1A
Authority: CN
Inventors: G·拜尔; L·胡帕; C·罗耶; S·贝赫尔
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2018-09-17
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2021-06-15
Also published as: WO2020057713A1; EP3830769A1; EP3830769B1; US20210268617A1

Abstract

本发明涉及一种用于计算机辅助地优化针对至少一个刀库（R）的刀具运输的方法，所述至少一个刀库（R）具有多个库位置（P），所述至少一个刀库（R）可用于机床，所述机床被用于借助由库装置在提供位置（B）处提供的刀具来生产一个或者多个工件，所述方法具有下列步骤：a）检测刀具集合，b）检测针对每个刀具的空间需求，c）检测针对每个刀具的可占据的库位置的集合，d）检测容许的初始库占据，其中针对每个刀具都检测初始库位置，e）检测容许的目标库占据，其中针对来自所检测到的刀具集合中的至少一个子集检测目标库位置，针对所述至少一个子集应执行刀具运输，f）检测如下运输持续时间的集合：库装置从一个库位置至另外的库位置的行程分别需要所述运输持续时间，g）确定刀具运输子集，针对所述刀具运输子集可预先给定或者预先给定运输顺序，使得按照该运输顺序，刀具可以在空间需求方面无冲突地从它们的被占据的库位置被送至它们的目标库位置，h）针对所述刀具运输子集优化运输顺序，使得针对刀具运输所需的运输持续时间的总和被最小化。

Description

用于计算机辅助地优化针对至少一个具有多个库位置的刀库的刀具运输的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于计算机辅助地优化针对至少一个刀库的刀具运输的方法和设备，所述至少一个刀库具有多个库位置，所述至少一个刀库可用于机床，所述机床被用于借助由库装置（Magazingeraet）在提供位置处提供的刀具来生产一个或者多个工件。

背景技术

机床是如下自动化生产装置：利用所述自动化生产装置，借助一个或者多个刀具，在工件上产生预先给定的形状。多个刀具可以分配给一种刀具类型、例如铣削。另外的刀具类型例如可以是钻孔。机床拥有刀具主轴，进行加工的刀具（也称为主轴刀具）在加工时处于所述刀具主轴中。

可以被机床用于加工工件的刀具存放在刀库中。其中存在不同的种类。链式库是非常频繁地使用的形式，所述链式库例如在汽车工业中得以采用。

架式库R是其他库种类，如例如在图1中所表明的那样，在所述架式库R中，可以安置非常多的不同刀具（多达500个刀具或者甚至可能还更多）。这些刀具在其中存放在固定的库位置P上。这种库可以由主侧和相对置的对应侧构成。

架式库拥有设备、尤其是库装置，所述库装置在图1中未示出，利用所述设备，可以将刀具存放在它的库位置P上，并且可以取出该刀具。特别是，当要利用机床制造更多各种各样的不同工件时，那么使用该库种类，针对所述更多各种各样的不同工件必需多种不同的刀具。

对确定的工件类型的工件的加工利用预先给定序列的刀具来进行。一个刀具在此绝对可以多次地出现在该序列中。该序列对于一种工件类型（例如汽车座椅）的所有工件而言是同一个序列。该序列对于另外的工件类型的工件而言可以是不同的。

在利用该序列的刀具（主轴刀具）加工工件的工作步骤期间，在架式库中，在前的工作步骤的“先行刀具（Vorgaengerwerkzeug）”返回或被放回到它的库位置上。紧接着，空驶至随后的工作步骤的“后续刀具（Nachfolgerwerkzeugs）”的库位置。该“后续刀具”接着被抓取，并且被运输或被转移至提供位置。如果当前工作步骤（也就是利用当前的主轴刀具进行加工）结束，则在主轴中（例如利用换刀器）替换刀具。如果利用主轴刀具进行加工结束，但是尚未为接着的工作步骤准备提供后续刀具，则在主轴供应时发生等待时间。这些各个单独的等待时间减小了机器效率，并且提高了制造持续时间。因此，应避免这些等待时间。

在定位和重新整理架式库中的刀具时，要注意下列空间限制：

刀具通常不允许被放在任何库位置处，也就是在下列条件下，存在对于该刀具可占据的库位置：

• 刀具的库位置类型和库或架位置的库位置类型必须是相兼容的。这样，例如重的刀具不允许被放在针对轻的刀具的库位置上，并且必要时反之亦然。

• 刀具不允许在边缘处伸出。

• 在被禁止的库位置上，不允许有刀具。

容许的库占据是刀具在库中的布局，使得每个刀具都处于可占据的位置上，并且刀具的空间需求不重叠。容许的库位置取决于刀库的当前占据。因此，所有容许的库位置受制于如下附加限制：

- 在每个库位置上允许定位最多一个刀具

- 该刀具的空间需求不允许与在该库中的另外的一般相邻的刀具的空间需求重叠。

如果一个接着一个地生产多个工件，则可能有利的是，无冲突地重新整理或重新分类刀库中的刀具，以便例如减小在主轴供应时的等待时间，并且由此提高机器效率。应给定同样考虑空间限制的对刀具的容许的目标分配或目标指派。在本上下文中，“在空间需求方面无冲突”意味着，可以将刀具运输到容许的库位置上。

发明内容

本发明的任务是，执行对刀具运输的优化。应将原始的刀具分配转化成目标分配，使得在重新分类过程中的每个时刻都遵守库占据的容许性，并且使针对刀具运输或针对重新分类过程所需的持续时间最小化。

该任务通过独立权利要求来解决。有利的改进方案是从属权利要求的主题。

本发明要求保护一种用于计算机辅助地优化针对至少一个刀库的刀具运输的方法，所述至少一个刀库具有多个库位置，所述至少一个刀库可用于机床，所述机床被用于借助由库装置在提供位置处提供的刀具来生产一个或者多个工件，

所述方法具有下列步骤：

a）检测刀具集合，

b）检测针对每个刀具的空间需求，

c）检测针对每个刀具的可占据的库位置的集合，

d）检测容许的初始库占据，其中针对每个刀具都检测初始库位置，

e）检测容许的目标库占据，其中针对来自所检测到的刀具集合中的至少一个子集检测目标库位置，针对所述至少一个子集应执行刀具运输，

f）检测如下运输持续时间的集合：库装置从一个库位置至另外的库位置的行程分别需要所述运输持续时间，

g）确定刀具运输子集，针对所述刀具运输子集，可预先给定或者预先给定运输顺序，使得按照该运输顺序，这些刀具可以在被它们占据的库位置的空间需求方面无冲突地被送至它们的目标库位置，和

h）针对该刀具运输子集优化运输顺序，使得对于刀具运输所需的运输持续时间的总和被最小化。

一般，对给定的运输顺序的刀具的重新分类过程或重新整理如下地运行。库装置行至该运输顺序中的第一刀具的初始位置。那么，该刀具（在它的空间需求方面）无冲突地被运输到它的目标库位置上。紧接着，没有刀具的库装置行至该运输顺序中的第二刀具的初始位置，并且将该第二刀具又无冲突地运输到它的目标库位置上。这被重复，一直到给定的运输顺序完成为止。

刀具运输的这种子集例如可以如下地被确定：寻找所有可无冲突地实施的刀具运输，并且选择任意的顺序。如果该集合包含至少一个元素，那么找到这种刀具运输。

在步骤g）中占据的库位置可以是当前被占据的库位置、初始库位置，但是也可以是刀具中间停放在其上的库位置。

步骤g）和h）必要时可以多次被重复，直至所有在步骤e）中检测到的刀具已到达它们的目标库位置。

如果刀具占据它的目标库位置，则由该刀具可占据的库位置的集合被减小到目标库位置。那么，这种刀具不再允许被移位。

刀具运输可以依据经过优化的运输顺序来执行。

通过根据本发明的措施（Vorgehen），使针对刀具运输所需的运输持续时间的总和最小化。运输持续时间的集合可以包括针对库装置从一个库位置到另外的库位置的每个无刀具的行程的空行程持续时间的集合。因此，所提到的优化可以被执行为使得：空行程持续时间的总和被最小化。

堵塞（Verklemmungen）典型地是对资源的访问冲突，在此是对库位置的访问冲突。尤其是，可能出现如下运输循环：所述运输循环例如产生影响为使得，应将第一刀具运输到第二刀具的位置上，反之亦然，并且因此发生堵塞（也称死锁（Deadlock））。

尤其要求保护的是，来自检测到的刀具集合的至少一个刀具无冲突地从它的被占据的库位置被运输到另外的可占据的库位置上，以便根据步骤g）确定刀具运输的至少单元素子集，并且以便继续进行步骤h）。只要在步骤g）中可以确定至少一个单元素子集（也就是这些元素是刀具运输），必要时就可以多次重复步骤g）和h）。

换言之，如果在步骤g）中确定空子集，则该方法这样终止。但是，那么可能还存在没有解除的运输循环。

通过根据本发明的方法，必要时通过应用多项式运行时间中的深度优先搜索（Tiefensuche），识别或测定这种堵塞，并且“去除”这种堵塞，或针对要执行的优化抽取或排除这种堵塞。附加地，可以从优化中排除如下刀具：所述刀具针对刀具运输对于所测定的堵塞处于连续相关性（Folgeabhaenigkeit）（也称后续优先级）中。对于所测定的堵塞的连续相关性也可以通过在多项式运行时间中的宽度优先搜索或者深度优先搜索来测定。

为了解除堵塞，必须首先将处于第二刀具的目标库位置上的第一刀具中间停放到另外的库位置上，以便能够将第二刀具运输到它的目标库位置上。

因此，可以通过如下方式来测定来自步骤g）的所提到的刀具运输子集：

a）形成针对刀具运输的优先级

b）测定如下刀具运输：所述刀具运输在占据针对该刀具运输的库位置时牵涉到堵塞中，

c）确定如下刀具运输：所述刀具运输对于所测定的堵塞处于连续相关性中

d）在排除前面在b）和c）中测定的刀具运输的情况下，确定刀具运输子集。

换言之，这种堵塞可以通过下列启发式方案来解除。

– 针对牵涉到堵塞中的刀具，寻找首先直接可到达的、可占据的库位置，并且只有在失败时才寻找间接可到达的、可占据的库位置，

- 执行相对应所需的刀具运输。

为了在本发明的一个改进方案中“直接”采取措施，来自检测到的刀具集合中的至少一个刀具从被该刀具占据的库位置无冲突地被运输到另外的可占据的库位置上，以便根据步骤g）确定刀具运输的至少单元素子集，并且以便继续进行步骤h），其中所述至少一个刀具牵涉到堵塞中或者牵涉到连续相关性中。

由此，另外的牵涉到同一堵塞中的刀具可以无冲突地从它的被占据的库位置被运输到变为空出的目标库位置上。

为了在本发明的一个改进方案中“间接地”采取措施，来自检测到的刀具集合中的至少一个刀具从被该刀具占据的库位置无冲突地被运输到另外的可占据的库位置上，以便至少一个牵涉到堵塞中或者牵涉到连续相关性中的刀具可以无冲突地从它的库位置被运输到变为空出的可占据的库位置上，以便根据步骤g）确定刀具运输的至少单元素子集，并且以便继续进行步骤h）。

通常，“被移位的”刀具首先保持在那里，作为它的当前被占据的库位置。如果该刀具具有目标库位置，则该刀具稍后被运输到该目标库位置上。

结果，给一个或者多个上文已经进行的在刀具运输顺序方面的优化的列表添加经过优化的刀具运输顺序。如果依据经过优化的运输顺序最后可以执行刀具运输，则由此优化刀具运输。

从必要时包括空行程持续时间在内的运输持续时间得出的总重新分类持续时间可以从取出持续时间并且从所需的空行程持续时间得出，所述取出持续时间在每种情况下都包括对于针对该刀具容许的库位置通过库装置将刀具从针对该刀具容许的库位置取出的持续时间，其中空行程意味着库装置不带刀具地从第一库位置至另外的第二库位置的行程。

所提到的优化可以借助最近邻居启发法来执行。在最近邻居启发法中，开始时执行如下刀具运输：所述刀具运输可以无冲突地执行。紧接着，在无冲突地可能的运输中，选择如下那个运输：针对所述运输，从最后被运输的刀具的目标库位置至所选择的刀具的库位置的空行程持续时间是最小的。这被执行，一直到执行了所有刀具运输为止。

替选地，所提到的优化可以借助混合整数线性优化来执行，所述混合整数线性优化分别在下面的实施例中更详细地予以阐述。

优化方法的特定情况是线性优化。所述线性优化致力于在如下集合上优化线性目标函数：所述集合通过线性等式和不等式来限制。该集合是（混合）整数线性优化的求解方法的基础。所谓的求解程序（Solver）是针对特定的数学计算机程序的总称，所述特定的数学计算机程序可以在数值上求解数学问题。与MILP（mixed integer linear programming或混合整数线性编程）相关联地，针对IP程序（整数优化模型）可以使用标准求解程序、如例如CPLEX、Scip、Gurobi、Xpress。典型地，预先给定开始配置（Startkonfiguration），所述开始配置迭代地借助优化被引导至目标结果。对于MILP模型的开始配置，可能使用来自最近邻居启发法的计算。

根据本发明，针对混合整数线性优化的模型可以用公式表示为在考虑优先级的情况下的所谓的非对称旅行商问题（asymmetrisches Traveling Salesman Problem），该非对称旅行商问题可以通过具有节点和边的图来表示。在此，节点可以分别通过元组来表示，所述元组由来自如下检测到的刀具运输子集中的初始库位置和目标库位置构成：所述检测到的刀具运输子集的初始库位置和目标库位置是不同的。这些边分别通过权重来补充，所述权重在每种情况下都从在前的节点的目标库位置至随后的节点的初始库位置的空行程持续时间得出。

本发明带来下列优点：

• 自动化地重新分类机床的架式库。

• 通过使空行程时间最小化，重新分类时间非常短。

• 重新分类架式库，用于使在主轴供给时的等待时间最小化。

• 降低机床的停机时间，因为机器不必完全被装载和被卸载。

本发明的其他方面设置了一种控制装置，所述控制装置按照上面提到的类型和其实施形式尤其是构造用于执行本方法。控制装置或设备（未在图1中示出）可以是配备给机床的和必要时远程布置的计算机，或者可以是集成到机床中的控制模块。

用于计算机辅助地优化针对至少一个刀库（R）的刀具运输顺序的控制装置，所述至少一个刀库（R）具有多个库位置（P），所述至少一个刀库（R）可用于机床，所述机床被用于借助由库装置在提供位置处提供的刀具来生产一个或者多个工件，

所述控制装置具有：

a）用于检测刀具集合的检测单元，

b）相同的或者其他检测单元，用于检测针对每个刀具的空间需求，

c）相同的或者其他检测单元，用于检测针对每个刀具的可占据的库位置的集合，

d）相同的或者其他检测单元，用于检测容许的初始库占据，其中针对每个刀具都检测初始库位置，

e）相同的或者其他检测单元，用于检测容许的目标库占据，其中针对来自所检测到的刀具集合中的至少一个子集检测目标库位置，针对所述至少一个子集应执行刀具运输，

f）相同的或者其他检测单元，用于检测如下运输持续时间的集合：库装置从一个库位置至另外的库位置的行程分别需要所述运输持续时间，

g）确定单元，用于确定如下刀具运输子集，针对所述刀具运输子集可预先给定或者预先给定运输顺序，使得按照该运输顺序，这些刀具可以在空间需求方面无冲突地从它们的被占据的库位置被送至它们的目标库位置，和

h）优化单元，用于针对该刀具运输子集优化运输顺序，使得针对刀具运输所需的运输持续时间的总和最小化或者被最小化。

这些单元可以以硬件方式、以固件方式和/或以软件方式来实施。

本发明的其他方面是具有程序代码装置（Programmcodemitteln）的计算机程序（产品），所述程序代码装置用于：当所述程序代码装置在上面提到的类型的控制装置上运行或者存储在计算机可读取的介质上时，执行按照上述方法权利要求中任一项所述的方法。

该计算机程序或产品可以存储在计算机可读取的介质上。计算机程序或产品可以以常见的编程语言（例如C++、Java）来创建。处理装置可以包括具有相对应的输入装置、输出装置和存储装置的市场上常见的计算机或者服务器。该处理装置可以集成在控制装置中，或者可以集成在其装置中。

可以类似于上面提到的方法来改进或构造控制装置以及计算机程序（产品）。

附图说明

本发明的其他优点、细节和改进方案从随后结合附图对实施例的描述中得出。

在附图中：

图1示出了架式库中的开头提及的位置，其中主侧布置在右边，而对应侧布置在左边，

图2示意性地示出了具有开始配置的迭代方法的流程图，其中应用整数线性优化方法，

图3A和图3B示出了用于规定优先级的措施，

图4A和图4B示出了用于去除堵塞的措施，

图5A和图5B示出了用于由元组集合构建图G的措施，所述元组由初始库位置和目标库位置构成，

图6示出了所构建的图的结果，

图7示出了在该图上的容许的巡行，

图8A和图8B示出了至直接可到达的和间接可到达的容许的库位置的运输。

具体实施方式

根据图2，输入（Input）IN（如上文已经描述的那样）是刀具在库R中的库位置P上的起始分配和要达到的目标分配。不仅起始分配而且目标分配都满足所有空间限制。在此检测：刀具的集合；针对每个刀具的空间需求；针对每个刀具的容许的可占据的库位置的集合；（容许的）初始库占据和由此针对每个刀具的初始库位置；容许的目标库占据和由此针对来自所检测到的刀具集合中的至少一个子集的目标库位置，针对所述至少一个子集应执行刀具运输；以及检测如下运输持续时间的集合：所述库装置从一个库位置至另外的库位置的行程分别需要所述运输持续时间。

目标是针对刀具的经过优化的运输顺序，其中每个刀具都应在它的空间需求方面无冲突地从它的原始库位置被运输至它的目标库位置。然而，通过所规定的起始或初始分配和目标分配或目标库占据，可能发生下列两种情况：

1.在另外的刀具可被定位到可占据的、空出的或者变为空出的库位置上之前，一些刀具必须首先从它们的原始库位置被运走到所述可占据的、空出的或者变为空出的库位置上。

2.存在运输循环。

在第一种情况下，有意义的是，规定优先级，所述优先级要求确定的刀具在另外的刀具之前被运输至它们的目标库位置。例如，在刀具WZ1从它的库位置P1可以被送至它的目标库位置P2（参见图3B）之前，在图3A中将刀具WZ2首先送至它的目标库位置P3。在图2的步骤1中，可以针对刀具运输来测定先行关系或相关性，据此针对刀具运输得出或形成优先级。再者，在图3A中，开头阐述的提供位置用B表征。

在确定优先级时，可能发生上面所描述的第二种情况，并且堵塞或运输循环可能变得可见，所述堵塞或运输循环必须首先被解除。运输循环可以在图2的步骤2中借助多项式运行时间中的深度优先搜索来找出。

运输循环例如产生影响来使得：刀具、例如WZ1必需刀具WZ2的库位置P2，刀具WZ2必需刀具WZ3的库位置，并且在本情况下，根据图4A，其他刀具WZ3必需刀具WZ1的库位置P1并且因此出现呈闭环（Ringschlusses）形式的堵塞（也称死锁）。在解除运输循环之前，首先去除这些运输循环。该结果在图4B中示出。也就是，根据图2的步骤3，与相关联的起始库位置和目标库位置一起，属于运输循环的所有刀具和附加地对于运输循环中的刀具具有后续优先级的所有刀具（例如在图4A中的刀具WZ4）从问题情境（Problemstellung）中被清除或被去除或首先在其他措施中不被考虑。图4A中的虚线箭头表明要执行的刀具转移。例如，刀具WZ1应从（库）位置P1被送至（库）位置P2。刀具WZ1、WZ2和WZ3形成运输循环。由于刀具WZ1过大，所以刀具WZ1不仅覆盖位置P1，而且覆盖（库）位置P3，刀具WZ4应被运输到所述（库）位置P3上。也就是，刀具WZ1必须在刀具WZ4之前被送到它的目标库位置上。由此，针对WZ4，引起对于运输循环中的刀具的后续优先级。图4B示出了减少的库，其中剩余的刀具可以无冲突地被运输至另外的（目标）库位置。

那么，按照清除过程的结果是要执行的刀具转移的集合（参见图2的步骤4），所述刀具转移不再引起运输循环。那么，在图2的步骤5中，规定和优化最后执行的刀具转移或运输的顺序。为此，使用混合整数程序（MIP），该混合整数程序（MIP）对优先级进行建模并且测定刀具转移的顺序，使得使运输持续时间的总和最小化。为了计算刀具转移的顺序，使用具有优先级限制的非对称旅行商问题（ATSP）的MIP公式表示。MIP的解提供了结果的第一部分，所述第一部分在图2中用OUT标明。结果是转移列表。由于不再存在运输循环，在模型中考虑优先级，并且不仅起始分配而且目标分配都是容许的，所以确保了，MIP的解提供针对重新分类的顺序，在该顺序的情况下，在任何时刻都遵循所有出现的库占据的容许性。该措施的详细描述在下文对于图5A、5B、6、7和8进行。通常，具有优先级的ATSP-MIP大多可在几秒之内被解除。

在图2的接下来的步骤6中，必须解除在此期间去除的运输循环，因为刀具的其他无冲突的转移不再可能。因此，来自运输循环的刀具必须临时地被停放在另外的库位置上，并且相对应的库位置首先被开放空间（freigeraeumt）。运输循环的解除随后对于图8A和8B更确切地被描述。

由此，又获得可无冲突地执行的刀具转移，针对所述刀具转移利用上面所描述的过程可以重新确定刀具转移的顺序。这样所测定的刀具转移被添加至转移列表。也就是，首先确定优先级，此后确定必须去除的运输循环，并且最后使用具有优先级的ATSP MIP，以便规定刀具转移的顺序。该方法这样长时间地被执行，直至解除所有运输循环并且已计算和/或预先给定相关联的刀具转移的运输顺序，或者不再能解除其他运输循环。刀具运输的子集被确定，使得这些刀具按所述运输顺序可以在空间需求方面无冲突地从它们的被占据的库位置被送至它们的目标库位置。

输出（Output）是如下转移列表：所述转移列表包含刀具转移的顺序，并且针对必须被重新整理的每个刀具，所述转移列表包含起始或初始库位置和目标库位置。

根据运输列表，最后按照经过优化的顺序执行实际的刀具运输。

为了测定刀具转移的顺序和为了使重新分类持续时间最小化，相宜地设为前提的是，优先级已经是确定的，并且已解除或者去除运输循环。进一步适用如下假设：每个刀具都直接从它的起始库位置被送至它的目标库位置。因而，既不是刀具的起始库位置又不是刀具的目标库位置的空出的库位置未被使用，并且因此不必考虑这些库位置（也就是可以清除这些库位置）。总之，适用下列前提：

• 所有所考虑的库位置要么是刀具的起始库位置，要么是刀具的目标库位置。

• 不存在运输循环。

• 刀具转移的优先级是给定的。

如果遵守所有优先级并且每个刀具都直接从它的起始库位置被运输至它的目标库位置，则得出，在整个重新整理过程期间满足库占据的容许性。通过针对每个刀具固定起始库位置和目标库位置，也规定运输持续时间，以便将刀具从它的起始库位置送至它的目标库位置。因而，仅仅必须优化针对库装置的空行程（从刀具已被存放在其处的库位置至刀具被抓取的接下来的库位置）的转移时间。

该问题可以被建模为具有优先级的非对称旅行商问题（ATSP）。ATSP可以如下地被定义：假设给定城市（节点）的集合N={1,n }。针对每对城市（节点）i、j，c_ij描述了在这些城市之间的行程的费用。任务是，确定巡行（Tour），该巡行恰好拜访每个城市（节点）一次并且其总费用最小。ATSP可以被建模为图问题。图G=(N,E)通过节点集合N和边集合E来定义，其中无论何时行程（连接）在两个城市（节点）之间都是可能的，边（i, j）都包含在边集合E中。费用c_ij定义边权重。在G中寻找巡行，使得所拜访的边的边权重的总和最小。如果附加地还给定优先级的集合作为输入，例如给定呈“节点j之前的节点i”形式的优选级的集合，则寻找最优巡行，所述最优巡行考虑所有优先级。也就是，节点i在该巡行中在节点j之前。

对于重新分类问题，可以如下地定义图G=(N,E)。每个固定的起始目标库位置对或元组形成节点。因此，所有起始目标库位置对的集合可以被标识为图G的节点集合N。在来自节点集合N中的两个节点i和j之间的边代表可能的空行程。边权重c_ij对应于在节点i的目标库位置与节点j的起始库位置之间的空行程持续时间。根据图5A、5B和6的接着的例子示出了将刀具重新分类的问题变换成ATSP实体。假设给定三个刀具WZ1、WZ2和WZ3，并且给定起始分配（参见图5A）和目标分配（参见图5B）：图G=(N,E)被如下地构造：每个起始目标库位置对都定义节点。每个节点因此都表示刀具从它的起始库位置到它的目标库位置的固定的刀具转移。由此，该图的节点集合N由三个节点K1、K2、K3组成。该图的边是可能的空行程，并且边权重说明了空行程持续时间。这样，边权重c_K2,K3例如对应于从位置P3至位置P4的空行程所需的时间。相反，c_K3,K2定义针对从位置P5至位置P2的空行程的持续时间。

在上面的例子中，仅仅必须考虑一个优先级，即在刀具WZ1从位置P1被送至位置2之前，刀具WZ2首先从位置P2被运输至位置3。图7说明了针对在图G=(N,E)上的巡行的可能的解，该解注意了该优先级。该巡行在节点K3开始，也就是刀具WZ3从位置P4被送至位置P5，此后进行从位置P5至位置P2的空行程，紧接着之后，抓取刀具WZ2，并且刀具WZ2从位置P2被送至位置P3，又接着是从位置P3至位置P1的空行程。刀具WZ1从该处出发被送至它的目标位置P2。具有优先级的ATSP可以被建模为混合整数程序（MIP）。例如，具有优先级的ATSP可以利用来自在2004年出版的Subhash C. Sarin、Hanif D. Sherali、Ajay Bhootra的论文“New tighter polynomial length formulations for the asymmetric travelingsalesman problem with and without precedence constraints”（https://doi.org/ 10.1016/j.orl.2004.03.007）的MIP公式表示来建模，其中在其中给定的城市（cities）通过上文已经描述的节点替代。

利用简单的在下文描述的考虑优先级的最近邻居（最接近的邻居）启发法，再者可以非常快速地计算针对MIP的容许的开始解决方案。这针对可非常难以求解的实体而言始终保证允许的解决方案。

在最近邻居启发法中，在开始时拜访图G中的如下节点：针对所述节点，不存在先行优先级。紧接着，在接着从优先级角度来看可能的和还未拜访的节点中选择如下那些节点：针对所述节点，对于最终拜访的节点的边权重是最小的。这被重复，一直到已拜访所有节点为止。

针对运输循环的解除，可能应用下列启发法。首先，必需一种方法，以便能够执行单个刀具转移，所述单个刀具转移考虑空间限制。牵涉到运输循环中的和应移位的刀具在下文被称为转移刀具。函数“刀具转移（转移刀具）”检查，针对给定的刀具（转移刀具）是否存在如下库位置：该刀具可以从它的当前库位置被移位到所述库位置上。可能地，为此首先必须移去其他刀具，以便提供这种位置。该函数内容是：

刀具转移（转移刀具）{

1. 针对转移刀具尝试直接转移

2.如果直接转移不可能，则尝试间接转移

3.否则，不执行转移

}。

直接转移针对转移刀具寻找空出的和容许的位置，该转移刀具可以无冲突地被运输到该空出的和容许的位置上，而不必移位在该库中的其他刀具。如果这是可能的，则立即执行转移。要不然，尝试间接转移。在此，寻找库位置，该库位置可以通过在库中直接转移一个或者多个刀具而针对转移刀具被腾空。首先实现另外的刀具的直接转移，此后使转移刀具移位。如果直接转移和间接转移都不可能，则针对刀具而言不执行转移。在图8A中示出了直接转移，而在图8B中示出了间接转移。针对刀具WZ2而言，可以实施到无冲突地可到达的位置P4或者位置P6的直接转移。对于过大的刀具WZ1，直接转移是不可能的，因为该刀具在每种情况下都占据三个库位置。然而，如果刀具WZ2和刀具WZ3分别通过直接转移而事先被移位到位置P4或位置P6，则可实现刀具WZ1到间接可到达的位置P2的间接转移。借助函数“刀具转移（转移刀具）”，现在可能解除运输循环。针对运输循环的刀具，相继地调用函数“刀具转移（转移刀具）”。如果针对刀具而言刀具转移是可能的，则所述刀具转移被执行并且由此解除所考虑的运输循环。如果针对运输循环的刀具而言刀具转移是不可能的，则该运输周期不能被解除。

紧接着，用于解除运输循环的刀具转移可以一同涌入到刀具运输顺序的优化中。这些刀具转移被添加到上文所提到的转移列表。

尽管已详尽地通过优选的实施例更详细地图解说明和描述了本发明，但是这样本发明并不受公开的例子限制，并且另外的变型方案可以由本领域技术人员由此导出，而不离开本发明的保护范围。

前面所描述的过程或者方法流程的实施可以依据如下指令进行：所述指令存在于计算机可读取的存储介质上或者存在于易失性计算机存储器中（在下文概述地称作计算机可读取的存储器）。计算机可读取的存储器例如是如高速缓存、缓冲器或者RAM之类的易失性存储器，以及是如可换式磁盘、硬盘之类的非易失性存储器等。

前面所描述的功能或者步骤在此可以以至少一个指令集的形式存在于计算机可读取的存储器中/上。这些功能或者步骤在此并不是束缚于确定的指令集，或者束缚于确定形式的指令集，或者束缚于确定的存储介质，或者束缚于确定的处理器，或者束缚于确定的实施方案，而是可以通过软件、固件、微代码、硬件、处理器、集成电路等单独运行地或者任意组合地被实施。在此，可以采用极其不同的处理策略，例如通过单个处理器进行串行处理或者进行多处理或者多任务处理或者进行并行处理等。

所述指令可以存放在本地存储器中，但是也可能将这些指令存放在远离的系统上并且经由网络访问所述远离的系统。

结合本发明，“计算机辅助地”可以例如可以被理解为本方法的实施方案，其中尤其是处理器实施本方法的至少一个方法步骤。

术语“处理器”、“中央信号处理装置”、“控制单元”或者“数据评估装置”（如这里使用的那样）包括最广泛意义上的处理装置，那就是说例如服务器、通用处理器、图形处理器、数字处理器、专用集成电路（ASIC）、如FPGA之类的可编程逻辑电路、离散的模拟或者数字电路和其任意组合，包括所有另外的本领域技术人员已知的或者在未来开发的处理装置在内。处理器在此可以包含一个或者多个设备或装置或单元。如果处理器包括多个设备，则所述处理器可以设计或配置用于并行地或者顺序地处理或实施指令。在本发明的上下文，“存储单元”可以例如被理解为呈主存储器（英语为Random-Access Memory（随机存取存储器），RAM）形式的存储器，或者可以例如被理解为硬盘。

Claims

1.一种用于计算机辅助地优化针对至少一个刀库（R）的刀具运输的方法，所述至少一个刀库（R）具有多个库位置（P），所述至少一个刀库（R）能够用于机床，所述机床被用于借助由库装置在提供位置（B）处提供的刀具来生产一个或者多个工件，

该方法具有下列步骤：

a）检测刀具集合，

b）检测针对每个刀具的空间需求，

c）检测针对每个刀具的可占据的库位置的集合，

g）确定刀具运输子集，针对所述刀具运输子集能预先给定或者预先给定运输顺序，使得按照所述运输顺序，所述刀具能在空间需求方面无冲突地从它们的被占据的库位置被送至它们的目标库位置，和

h）针对所述刀具运输子集优化所述运输顺序，使得针对所述刀具运输所需的所述运输持续时间的总和被最小化。

2.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，步骤g）和h）必要时多次被重复，直至所有在步骤e）中检测到的刀具已到达它们的目标库位置。

3.根据上述权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，依据经过优化的运输顺序来执行所述刀具运输。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述运输持续时间的集合包括针对所述库装置从一个库位置至另外的库位置的每个无刀具的行程的空行程持续时间的集合。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，针对占据它的目标库位置的刀具，能被所述刀具占据的库位置的集合被减小到所述目标库位置。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，来自所述所检测到的刀具集合中的至少一个刀具无冲突地从它的被占据的库位置被运输到另外的可占据的库位置上，以便根据权利要求1的步骤g）确定刀具运输的至少单元素子集，并且以便继续进行权利要求1的步骤h）。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，只要在步骤g）中能够确定至少一个单元素子集，必要时就多次重复权利要求1的所述步骤g）和h）。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过如下方式测定权利要求1的步骤g）中的所述的刀具运输子集：

a）形成针对所述刀具运输的优先级，

b）测定如下刀具运输：所述刀具运输在占据针对所述刀具运输的刀库时牵涉到堵塞中，

c）确定如下刀具运输：所述刀具运输对于所测定的堵塞处于连续相关性中，

d）在排除在b）和c）中所测定的刀具运输的情况下，确定所述刀具运输子集。

9.根据上述权利要求6或者7和根据权利要求8中任一项所述的方法，其特征在于，来自所述所检测到的刀具集合中的至少一个刀具从被该刀具占据的库位置无冲突地被运输到另外的可占据的库位置上，以便根据权利要求1的步骤g）确定刀具运输的至少单元素子集，并且以便继续进行权利要求1的步骤h），其中所述至少一个刀具牵涉到堵塞中或者牵涉到连续相关性中。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，来自所述所检测到的刀具集合中的至少一个刀具从被该刀具占据的库位置无冲突地被运输到另外的可占据的库位置，以便至少一个牵涉到堵塞中或者牵涉到连续相关性中的刀具能够无冲突地从它的库位置被运输到变为空出的可占据的库位置上，以便根据权利要求1的步骤g）确定刀具运输的至少单元素子集，并且以便继续进行权利要求1的步骤h）。

11.根据上述权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，通过在多项式运行时间中的宽度优先搜索或者深度优先搜索，测定所述堵塞。

12.根据上述权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，通过在多项式运行时间中的宽度优先搜索或者深度优先搜索，测定对于所述所测定的堵塞的所述连续相关性。

13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助最近邻居启发法，执行所述的优化。

14.根据上述权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，借助混合整数线性优化，执行所述的优化。

15.根据上一权利要求所述的方法，其特征在于，针对所述混合整数线性优化的模型被用公式表示为在考虑优先级的情况下的所谓的非对称旅行商问题。

16.根据上述权利要求13至15中任一项所述的方法，其特征在于，对于所述模型的开始配置，能够使用来自最近邻居启发法中的计算。

17.根据上述权利要求15或者16之一所述的方法，其特征在于，所述的非对称旅行商问题所基于的图的节点分别通过元组来表示，所述元组由来自如下检测到的刀具运输子集的初始库位置和目标库位置构成：所述检测到的刀具运输子集的初始库位置和目标库位置是不同的。

18.根据上述权利要求15至17所述的方法，其特征在于，所述的非对称旅行商问题所基于的图的边分别通过权重来补充，所述权重分别从在前的节点的目标库位置至随后的节点的初始库位置的空行程持续时间得出。

19.一种用于计算机辅助地优化针对至少一个刀库（R）的刀具运输的控制装置，所述至少一个刀库（R）具有多个库位置（P），所述至少一个刀库（R）能够用于机床，所述机床被用于借助由库装置在提供位置处提供的刀具来生产一个或者多个工件，

所述控制装置具有：

a）用于检测刀具集合的检测单元，

f）相同的或者其他检测单元，用于检测如下运输持续时间的集合：所述库装置从一个库位置至另外的库位置的行程分别需要所述运输持续时间，

g）确定单元，用于确定刀具运输子集，针对所述刀具运输子集能预先给定或者预先给定运输顺序，使得按照所述运输顺序，所述刀具能够在空间需求方面无冲突地从它们的被占据的库位置被送至它们的目标库位置，和

h）优化单元，用于针对所述刀具运输子集优化所述运输顺序，使得对于所述刀具运输所需的所述运输持续时间的总和最小化或者被最小化。

20.一种计算机程序产品，其具有程序代码装置，所述程序代码装置用于：当所述程序代码装置在根据上述控制装置权利要求中任一项所述的控制装置上运行或者存储在计算机可读取的介质上时，执行根据上述方法权利要求中任一项所述的方法。