基于自動機的虛擬生產(chǎn)系統(tǒng)混合式監(jiān)控與自適應調(diào)度.pdf

1、隨著科技的進步和經(jīng)濟全球化的深入，當今制造業(yè)所處的環(huán)境發(fā)生了巨大的變化。各制造企業(yè)不僅需要向用戶提供高質(zhì)量、高性能的產(chǎn)品，而且要能及時對動態(tài)多變的市場環(huán)境做出準確的響應，為用戶提供多品種小批量生產(chǎn)直至大規(guī)模定制。以實現(xiàn)柔性和對多變市場需求作出及時響應為目標的面向客戶的敏捷制造日益成為21世紀企業(yè)的主要模式。在敏捷制造的研究中，如何使企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的資源結(jié)構(gòu)(資源組織方式)和控制結(jié)構(gòu)(資源調(diào)度方式)快速、高效和經(jīng)濟地適應市場需求是敏捷思想得

2、以實現(xiàn)的核心部分。對于我國大部分制造企業(yè)而言，盡管已在硬件方面營建了實施敏捷制造的條件，但還是普遍缺乏有效和適合的資源組織、調(diào)度以及控制等軟性技術(shù)的支持，因此，從敏捷制造的角度研究企業(yè)車間級生產(chǎn)的資源結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)及其復雜的優(yōu)化問題，將對我國制造企業(yè)進一步發(fā)展敏捷制造、提高企業(yè)競爭力起到有力的指導和推進作用。 本文通過對生產(chǎn)系統(tǒng)資源結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀的比較，分析和歸納了它們的發(fā)展趨勢，并預見了結(jié)合眾多新型資源結(jié)構(gòu)理論而提出的

3、虛擬生產(chǎn)系統(tǒng)(VPSs)具有潛在的研究和應用價值。在分析了VPSs研究現(xiàn)狀后，以提高控制效率、動態(tài)調(diào)度的實時能力、穩(wěn)定性以及降低變化成本等為目標，提出了在虛擬空間上構(gòu)造一種具有可重構(gòu)性、魯棒性、自適應性、經(jīng)濟性，適合于單件小批量生產(chǎn)環(huán)境的VPSs監(jiān)控調(diào)度集成系統(tǒng)。 首先，針對現(xiàn)有基于Petri網(wǎng)方法的VPSs模型在控制效率上的不足，本文構(gòu)筑了兼顧控制和調(diào)度的基于自治與協(xié)調(diào)的VPSs監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，并在UPPAAL軟件平臺上加以實現(xiàn)

4、。該系統(tǒng)主要包括：采用自動機/形式語言方法并結(jié)合面向?qū)ο蟮募夹g(shù)以及層級的方法建立的VPSs可重構(gòu)DEDS模型；針對VPSs邏輯(虛擬)和物理的雙重特點設計的基于自治與協(xié)調(diào)的混合式監(jiān)控框架；以及進一步應用自動機反饋監(jiān)控原理及網(wǎng)絡技術(shù)具體構(gòu)建的基于自治與協(xié)調(diào)的VPSs兩層級混合式監(jiān)控結(jié)構(gòu)。將賦時自動機(網(wǎng)絡)理論與所設計VPSs閉環(huán)控制系統(tǒng)相結(jié)合，最終在UPPAAL上搭建了基于自治與協(xié)調(diào)的VPSs監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，并進行了無死鎖性分析以及時間最

5、優(yōu)調(diào)度的計算和仿真。 其次，針對現(xiàn)有基于整體重調(diào)度方法的VPSs動態(tài)調(diào)度在實時能力、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性上的不足，本文采用局部重調(diào)度方法，在專家系統(tǒng)軟件平臺CLIPS上開發(fā)了VPSs自適應動態(tài)調(diào)度專家系統(tǒng)。它主要包括：結(jié)合VPSs自身的特點，構(gòu)建基于事件驅(qū)動的VPSs自適應動態(tài)調(diào)度基本框架；進一步系統(tǒng)地制定VPSs自適應動態(tài)調(diào)度的機理所包含的各項內(nèi)容；并提出改進的啟發(fā)式受影響操作重調(diào)度算法，作為VPSs自適應動態(tài)調(diào)度的算法；最終在CL