分布式自治制造系統(tǒng)中協(xié)調機制的研究與仿真.pdf

1、離散制造系統(tǒng)的一個重要特征就是其高度復雜的依賴關系。離散產(chǎn)品結構的復雜性，零部件生產(chǎn)的復雜性，制造系統(tǒng)組成的復雜性是導致離散制造系統(tǒng)中依賴關系高度復雜的原因。對與生俱來的高度復雜的依賴關系進行管理是管理控制離散制造系統(tǒng)運行所必需的一項重要工作。 為了更好的滿足市場需求并適應制造系統(tǒng)組成的變化，具有更好的柔性、敏捷性、可擴展性、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。當制造系統(tǒng)采用分散控制體系結構時，就必

2、須為之配備恰當?shù)膮f(xié)調機制，以管理制造系統(tǒng)中的依賴關系，使各項制造活動能達到協(xié)調一致，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)調問題及協(xié)調機制進行了深入研究，提出協(xié)調策略、協(xié)調語言、協(xié)調協(xié)議是構成協(xié)調機制的三要素，詳細論述了協(xié)調機制對分布式自治制造系統(tǒng)的重要性，對依賴關系進行了分類研究。為了給分布式自治制造系統(tǒng)協(xié)調過程的研究提供一個堅實的理論基礎，方便協(xié)調機制的開發(fā)設計及分布式自治制造系統(tǒng)的實

3、施，本文建立了分布式自治制造系統(tǒng)的協(xié)調問題模型，顯式協(xié)調過程和隱式協(xié)調過程模型。 本文總結了兩種顯式協(xié)調機制，即中介承諾和控制信息交換，實現(xiàn)依賴關系管理方法的過程，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)劃交換來實現(xiàn)各制造子活動之間的依賴關系管理，并為制造系統(tǒng)制訂了在利用招投標實現(xiàn)資源—任務匹配，判定依賴關系滿足，應對擾動攻擊和實現(xiàn)支持非線性工藝規(guī)劃的調度時的工作方案。

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

5、了基于信息素的協(xié)調框架和機床選擇算法。對采用隱式協(xié)調的制造系統(tǒng)進行的優(yōu)化能力分析表明當制造系統(tǒng)中存在最優(yōu)解時，基于信息素的機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)調的優(yōu)缺點，指出隱式協(xié)調機制能夠實現(xiàn)尋優(yōu)過程的自催化，穩(wěn)定地適應制造系統(tǒng)配置變化和擾動，并具有通信量小，Agent易實現(xiàn)等優(yōu)點，但同時也存在需要學習期，開放性不好等不足之處。 利用基于信息素的機床選擇算法和基于信息素的制造系

6、統(tǒng)協(xié)調框架，本文開發(fā)了的隱式協(xié)調原型系統(tǒng)PSMS。在利用PSMS所做的雙產(chǎn)品雙階段混流車間實驗表明隱式協(xié)調有著比局部指派規(guī)則更好的調度性能，并且能應用于其他調度方法所不適用的隨機加工時間問題。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)調適應性的實驗中，PSMS表現(xiàn)出了良好的適應性，這是其他調度算法和協(xié)調機制所不具備的。在以通用汽車公司卡車工廠噴漆過程為背景的仿真實驗中，PSMS同樣表現(xiàn)出了良好的性能，證明隱式協(xié)調機制在混流車間