分布式自治制造系統(tǒng)中協(xié)調(diào)機(jī)制的研究與仿真.pdf

1、離散制造系統(tǒng)的一個重要特征就是其高度復(fù)雜的依賴關(guān)系。離散產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，零部件生產(chǎn)的復(fù)雜性，制造系統(tǒng)組成的復(fù)雜性是導(dǎo)致離散制造系統(tǒng)中依賴關(guān)系高度復(fù)雜的原因。對與生俱來的高度復(fù)雜的依賴關(guān)系進(jìn)行管理是管理控制離散制造系統(tǒng)運(yùn)行所必需的一項(xiàng)重要工作。 為了更好的滿足市場需求并適應(yīng)制造系統(tǒng)組成的變化，具有更好的柔性、敏捷性、可擴(kuò)展性、可靠性及容錯性的分布式自治制造系統(tǒng)已經(jīng)成為制造系統(tǒng)未來發(fā)展的方向。當(dāng)制造系統(tǒng)采用分散控制體系結(jié)構(gòu)時(shí)，就必

2、須為之配備恰當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)機(jī)制，以管理制造系統(tǒng)中的依賴關(guān)系，使各項(xiàng)制造活動能達(dá)到協(xié)調(diào)一致，滿足制造系統(tǒng)的各種約束條件并優(yōu)化制造系統(tǒng)性能。 本文對分布式自治制造系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)問題及協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行了深入研究，提出協(xié)調(diào)策略、協(xié)調(diào)語言、協(xié)調(diào)協(xié)議是構(gòu)成協(xié)調(diào)機(jī)制的三要素，詳細(xì)論述了協(xié)調(diào)機(jī)制對分布式自治制造系統(tǒng)的重要性，對依賴關(guān)系進(jìn)行了分類研究。為了給分布式自治制造系統(tǒng)協(xié)調(diào)過程的研究提供一個堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，方便協(xié)調(diào)機(jī)制的開發(fā)設(shè)計(jì)及分布式自治制造系統(tǒng)的實(shí)

3、施，本文建立了分布式自治制造系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題模型，顯式協(xié)調(diào)過程和隱式協(xié)調(diào)過程模型。 本文總結(jié)了兩種顯式協(xié)調(diào)機(jī)制，即中介承諾和控制信息交換，實(shí)現(xiàn)依賴關(guān)系管理方法的過程，對比了它們在優(yōu)化性能，健壯性，通信量和易實(shí)現(xiàn)性等方面的性能。提出利用各制造資源Agent之間的協(xié)作規(guī)劃交換來實(shí)現(xiàn)各制造子活動之間的依賴關(guān)系管理，并為制造系統(tǒng)制訂了在利用招投標(biāo)實(shí)現(xiàn)資源—任務(wù)匹配，判定依賴關(guān)系滿足，應(yīng)對擾動攻擊和實(shí)現(xiàn)支持非線性工藝規(guī)劃的調(diào)度時(shí)的工作方案。

4、 利用之前提出的協(xié)作規(guī)劃交換應(yīng)用方案和合同網(wǎng)協(xié)議，本文開發(fā)了顯式協(xié)調(diào)原型系統(tǒng)CPE。利用此原型系統(tǒng)所做的調(diào)度性能實(shí)驗(yàn)，擾動應(yīng)對仿真實(shí)驗(yàn)和非線性工藝規(guī)劃支持實(shí)驗(yàn)表明協(xié)作規(guī)劃交換能有效地優(yōu)化制造系統(tǒng)性能，實(shí)現(xiàn)對擾動攻擊的平滑應(yīng)對，并有效地管理因使用非線性工藝規(guī)劃而在制造系統(tǒng)中引入的復(fù)雜依賴關(guān)系，充分發(fā)揮非線性工藝規(guī)劃的長處。 在另一方面，受到動物行為學(xué)研究成果的啟發(fā)，本文提出應(yīng)用隱式協(xié)調(diào)求解制造系統(tǒng)的機(jī)床—工件匹配問題，建立

5、了基于信息素的協(xié)調(diào)框架和機(jī)床選擇算法。對采用隱式協(xié)調(diào)的制造系統(tǒng)進(jìn)行的優(yōu)化能力分析表明當(dāng)制造系統(tǒng)中存在最優(yōu)解時(shí)，基于信息素的機(jī)床選擇算法對信息素的修改將使制造系統(tǒng)收斂于最優(yōu)解的概率更越來越大。本文還分析了隱式協(xié)調(diào)的優(yōu)缺點(diǎn)，指出隱式協(xié)調(diào)機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)尋優(yōu)過程的自催化，穩(wěn)定地適應(yīng)制造系統(tǒng)配置變化和擾動，并具有通信量小，Agent易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在需要學(xué)習(xí)期，開放性不好等不足之處。 利用基于信息素的機(jī)床選擇算法和基于信息素的制造系

6、統(tǒng)協(xié)調(diào)框架，本文開發(fā)了的隱式協(xié)調(diào)原型系統(tǒng)PSMS。在利用PSMS所做的雙產(chǎn)品雙階段混流車間實(shí)驗(yàn)表明隱式協(xié)調(diào)有著比局部指派規(guī)則更好的調(diào)度性能，并且能應(yīng)用于其他調(diào)度方法所不適用的隨機(jī)加工時(shí)間問題。在通過更改制造系統(tǒng)的配置以及外部環(huán)境的輸入考察隱式協(xié)調(diào)適應(yīng)性的實(shí)驗(yàn)中，PSMS表現(xiàn)出了良好的適應(yīng)性，這是其他調(diào)度算法和協(xié)調(diào)機(jī)制所不具備的。在以通用汽車公司卡車工廠噴漆過程為背景的仿真實(shí)驗(yàn)中，PSMS同樣表現(xiàn)出了良好的性能，證明隱式協(xié)調(diào)機(jī)制在混流車間