柔性裝配系統(tǒng)的規(guī)劃和建模方法研究.pdf

1、柔性裝配系統(tǒng)(FAS)是柔性制造系統(tǒng)(FMS)中的重要組成部分和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率有重要的影響。裝配系統(tǒng)的柔性化可以使制造企業(yè)更好地適應(yīng)市場和用戶的快速變化的需求。本文針對產(chǎn)品裝配序列規(guī)劃、裝配任務(wù)在裝配執(zhí)行系統(tǒng)中的分配、柔性裝配系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和裝配任務(wù)執(zhí)行過程建模與驗(yàn)證等四個(gè)方面進(jìn)行了研究，具體如下： 1、裝配順序規(guī)劃裝配順序規(guī)劃對于柔性裝配系統(tǒng)的裝配方案的可行性和優(yōu)化性方面有重要影響。論文提出了一種以模擬退火遺

2、傳算法解決裝配順序規(guī)劃的方法，首先在裝配對象之間關(guān)系的表達(dá)、零件裝配順序的染色體表示、裝配中約束的分類方法方面進(jìn)行了研究，并提出應(yīng)該將不同類型的約束在模擬退火遺傳算法的不同階段予以考慮，從而針對裝配零件順序規(guī)劃和優(yōu)化中的具體要求，對模擬退火遺傳算法作了改進(jìn)，在傳統(tǒng)的遺傳算法步驟中增加了一個(gè)靜態(tài)約束檢測步驟，這樣，既減小了無效的搜索空間，又增加了染色體的多樣性，從而提高了算法的效率，增加了優(yōu)化結(jié)果的可靠性。 2、柔性裝配系統(tǒng)的體系

3、結(jié)構(gòu)提出了基于FSMAS的柔性裝配控制系統(tǒng)。根據(jù)功能結(jié)構(gòu)將柔性裝配系統(tǒng)分成幾個(gè)大的組成部分，每個(gè)部分用一個(gè)Agent聯(lián)邦進(jìn)行建模，聯(lián)邦內(nèi)部由一個(gè)調(diào)度Agent和若干個(gè)普通Agent組成。對系統(tǒng)中的Agent進(jìn)行了構(gòu)造，描述了不同Agent在系統(tǒng)中的角色、任務(wù)和內(nèi)容。系統(tǒng)中的各Agent之間的分工合作是以調(diào)度Agent為中心，通過“投標(biāo)/仲裁”和“指派/執(zhí)行”兩種機(jī)制來配合實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)具有如下的有點(diǎn)：1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)呈層次化；2)系統(tǒng)的任務(wù)

4、分解執(zhí)行；3)系統(tǒng)的運(yùn)行的智能化；4)系統(tǒng)魯棒性好，系統(tǒng)中的擾動(dòng)可以被局部的Agent消化處理，當(dāng)裝配任務(wù)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)能夠較快地適應(yīng)完成，因而系統(tǒng)具有較好的柔性。 3、柔性裝配系統(tǒng)的任務(wù)分配柔性裝配系統(tǒng)的任務(wù)分配是確定具體完成各裝配任務(wù)的設(shè)備以及各設(shè)備完成各項(xiàng)任務(wù)的順序，對于柔性裝配系統(tǒng)(FAS)的裝配任務(wù)執(zhí)行的可行性和優(yōu)化性方面起著重要作用。它是大規(guī)模強(qiáng)約束問題，是NP難題。本文提出了一種將基于延時(shí)Petri網(wǎng)(TTPN)

5、的裝配過程仿真與基于遺傳算法(GA)的優(yōu)化相結(jié)合的任務(wù)分配方案求解方法。在該方法中，GA中使用的染色體是由TTPN模型中的部分選擇庫所名稱排列而成，每個(gè)染色體都代表一種任務(wù)分配方案。遺傳操作包括選擇、交叉、變異三種類型；利用基于TTPN的裝配過程模型進(jìn)行仿真，得到每個(gè)染色體相對應(yīng)的裝配時(shí)間，進(jìn)而將裝配時(shí)間通過適應(yīng)度函數(shù)轉(zhuǎn)化為適應(yīng)度。本文用延時(shí)Petri網(wǎng)(TTPN)建立的FAS模型不僅包含基于聯(lián)結(jié)約束和幾何約束的裝配順序信息，還包含了裝

6、配設(shè)備和裝配任務(wù)之間的約束信息從而保證了任務(wù)分配的結(jié)果能夠滿足上述約束。其中提出了以下子問題的解決方法： 1)提出了由裝配順序建立基本裝配順序Petri網(wǎng)的方法； 2)提出了元裝配的概念，圍繞著實(shí)現(xiàn)元裝配這個(gè)目標(biāo)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)裝配資源配置，并建立了元裝配設(shè)備配置表； 3)提出了用設(shè)備能力對裝配順序Petri網(wǎng)進(jìn)行拓展，形成了拓展了的裝配順序Petri網(wǎng)，使其具有了描述時(shí)間和裝配設(shè)備配置方案的能力。 4)提出了

7、將遺傳算法和時(shí)延Petri網(wǎng)方法結(jié)合起來，進(jìn)行柔性裝配系統(tǒng)的柔性裝配系統(tǒng)任務(wù)分配方法。利用遺傳算法的全局自動(dòng)尋優(yōu)的功能，對拓展了的裝配順序Petri網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)任務(wù)優(yōu)化分配的目的。 該方法融合了Petri網(wǎng)和GA的各自優(yōu)點(diǎn)，較好地解決了FAS中的裝配建模和裝配任務(wù)分配優(yōu)化的問題，為FAS的裝配任務(wù)的自動(dòng)分配提供技術(shù)支持。 4、裝配過程的建模FAS的任務(wù)執(zhí)行是由多聯(lián)邦多設(shè)備相互協(xié)作而進(jìn)行的并行、離散、異步過程。聯(lián)

8、邦與聯(lián)邦之間、設(shè)備與設(shè)備之間既要能夠相對獨(dú)立地完成屬于自己的任務(wù)，又要能夠彼此之間的保持適當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)關(guān)系，因此對執(zhí)行任務(wù)過程進(jìn)行建模驗(yàn)證是必要的。同時(shí)，裝配任務(wù)過程建模是快速高效地編制裝配系統(tǒng)設(shè)備的任務(wù)控制程序的重要基礎(chǔ)，它一方面提供了編程前的驗(yàn)證手段，另一方面模型的結(jié)構(gòu)也決定了程序結(jié)構(gòu)和設(shè)備之間的協(xié)作關(guān)系。本文提出了APN以及基于APN的柔性裝配系統(tǒng)裝配過程建模的方法，主要包括： 1)、根據(jù)柔性裝配系統(tǒng)裝配過程建模的需要，將G網(wǎng)

9、，面向?qū)ο驪etri網(wǎng)和Agent理論相結(jié)合，提出了APN模型結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制； 2)、為了增加模型的重用性和繼承性，引入了設(shè)備能力的概念，并提出了以設(shè)備能力對應(yīng)Petri網(wǎng)的變遷，從而構(gòu)建不同的設(shè)備的裝配任務(wù)的操作方法Petri網(wǎng)； 3)、對于三種任務(wù)之間的順序關(guān)系：由同一臺(tái)設(shè)備完成的任務(wù)的先后關(guān)系、不同設(shè)備完成的任務(wù)之間的先后關(guān)系和不同設(shè)備之間的并行協(xié)作關(guān)系分別進(jìn)行了研究，并用相應(yīng)的Petri網(wǎng)結(jié)構(gòu)與之對應(yīng)，從而為針對

10、不同的裝配任務(wù)構(gòu)建裝配順序Petri網(wǎng)打下基礎(chǔ)，并進(jìn)一步研究了APN用于柔性裝配系統(tǒng)(FAS)的建模的方法和步驟； 4)指出了單個(gè)APN的Petri網(wǎng)PNAPNi(i∈[l，n]，n為FAS中的設(shè)備Agent的個(gè)數(shù))與整個(gè)FAS任務(wù)模型Petri網(wǎng)PNFAS之間活性和T變量覆蓋性之間的關(guān)系，從而為通過分析和驗(yàn)證單個(gè)PNAPNi的活性和T不變量覆蓋性而對PNFAS的活性和T不變量存在性進(jìn)行分析和驗(yàn)證提供了理論依據(jù)，并降低分析驗(yàn)證P