發(fā)布時間：2020-06-02 11:13

【摘要】： 在現(xiàn)今的全球制造時代，更加客戶化的產(chǎn)品需求和更短的產(chǎn)品生命周期要求開發(fā)更具敏捷性的制造系統(tǒng)，它應(yīng)當(dāng)以更快的速度更新其自身，以適應(yīng)新的技術(shù)、產(chǎn)品和組織結(jié)構(gòu)的變化。因此無論是制造工業(yè)界還是學(xué)術(shù)界，人們都更加重視整個制造系統(tǒng)的優(yōu)化、自適應(yīng)性和可靠性等問題。來自制造系統(tǒng)內(nèi)外的各種擾動是實現(xiàn)系統(tǒng)性能優(yōu)化的主要障礙，而現(xiàn)有的遞階和分布式制造控制系統(tǒng)都不能有效地在維持系統(tǒng)高效運行的前提下處理各種擾動。 合弄制造系統(tǒng)HMS(Holonic Manufacturing System)將制造系統(tǒng)中的機床設(shè)備、制造單元、零件、產(chǎn)品、操作人員和工作小組等制造實體都看作為“制造合弄(Manufacturing Holon)”，它同時具有“自治”和“協(xié)作”的雙重特性。HMS具有分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和決策職責(zé)，通過制造合弄間的協(xié)調(diào)來實現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)和優(yōu)化，是適于敏捷制造環(huán)境的制造模式。合弄制造系統(tǒng)HMS的設(shè)計涉及制造合弄的定義以及怎樣通過適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和合弄間的協(xié)調(diào)機制以優(yōu)化系統(tǒng)性能等基本問題。 本文首先基于“合弄制造”的基本概念，提出了支持制造系統(tǒng)重構(gòu)的合弄制造系統(tǒng)參考體系結(jié)構(gòu)HMS-RA(Holonic Manufacturing System-Reference Architecture)，它由訂單合弄、產(chǎn)品合弄、資源合弄這三個基本合弄和輔助合弄組成。HMS-RA是對現(xiàn)有遞階制造控制和分布式制造控制的綜合，它具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制算法相分離、非技術(shù)性因素與技術(shù)性因素相分離以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的自相似性等一系列有利于制造系統(tǒng)進(jìn)化和重構(gòu)的特點。本文在HMS-RA體系結(jié)構(gòu)研究中進(jìn)一步論述了HMS-RA中三個基本合弄組合的必要性、功能完整性和通用性。并采用支持面向?qū)ο蠹夹g(shù)的UML建模語言中的“聚集”和“概括”機制來將HMS-RA中的基本合弄組織起來，采用UML中的“協(xié)作圖”和“順序圖”來描述基本合弄間的典型交互過程，建立了HMS的系統(tǒng)模型。 為了驗證HMS-RA體系結(jié)構(gòu)的可應(yīng)用性，本文進(jìn)一步基于“分布式系統(tǒng)中的遞階結(jié)構(gòu)”、“分布式?jīng)Q策能力”和“并行的調(diào)度與調(diào)度執(zhí)行”這三個有關(guān)合弄制造控制的基本概念，深入研究了合弄制造的控制結(jié)構(gòu)和制造合弄間的交互機制，以便將遞階制造控制和分布式制造控制的優(yōu)點結(jié)合起來。建立了合弄制造控制的功能模型和結(jié)構(gòu)模型，并采用一種擴展的Petri網(wǎng)方法對HMS中合弄間的交互機制作了規(guī)范化描述，基于“FRFS”規(guī)則對多種制造控制結(jié)構(gòu)中決策能力的分布作了形式化描述。 在合弄控制策略研究中，著重研究了制造調(diào)度與調(diào)度執(zhí)行的集成優(yōu)化問題，提出 一ii一摘要博士論文 了多個能有效處理系統(tǒng)擾動的調(diào)度執(zhí)行算法，包括兩種啟發(fā)式算法和一種基于擾動分 析的自主調(diào)度執(zhí)行算法。結(jié)合實際案例分析，對實現(xiàn)合弄制造控制的動態(tài)工藝規(guī)劃與 制造調(diào)度的集成運行機理、車間混合制造控制系統(tǒng)中單元代理的報價算法、車間代理 的任務(wù)分派算法和基于作業(yè)路徑網(wǎng)絡(luò)模型的虛擬單元重構(gòu)算法等技術(shù)的實現(xiàn)細(xì)節(jié)作 了詳細(xì)討論。 本文最后從制造系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法的角度，，全面總結(jié)了新的制造環(huán)境對制 造控制提出的多層次需求，比較、分析和評價了目前幾種主要的制造控制結(jié)構(gòu)滿足這 些需求的程度。并將代理技術(shù)作為合弄制造的實現(xiàn)技術(shù)，基于多代理制造系統(tǒng)MAMS (Multi Ageni Manufacturing System)生命周期的概念，對基于代理技術(shù)的合弄制造系統(tǒng) 體系結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法作了初步研究。分析了在制造系統(tǒng)中應(yīng)用代理技術(shù)的前提，研 究了從制造實體中構(gòu)造代理的方法和步驟，總結(jié)了多代理制造系統(tǒng)設(shè)計所涉及的系統(tǒng) 體系結(jié)構(gòu)、交互機制和協(xié)議、協(xié)調(diào)機制、多代理規(guī)劃策略等基本問題，為合弄制造及 其控制系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計和運行控制提供了設(shè)計方法參考。
【圖文】：

以便實現(xiàn)一種介乎遞階控制與分布式控制之間的控制結(jié)構(gòu)。如圖3.1.3.1所示，對制造控制的資源分配問題來講可將調(diào)度器看作為輔助合弄，而對于過程控制來講可以將cAM、cAPP或cAD等系統(tǒng)看作為輔助合弄。圖3.1.3.1描述了在一個調(diào)度輔助合弄的協(xié)調(diào)下，訂單合弄和資源合弄間通過協(xié)作完成一個訂單的情況。調(diào)度合弄根據(jù)訂單合弄提供的要完成的訂單任務(wù)及資源合弄提供的資源能力信息，制訂一個調(diào)度計劃，并將它作為一個建議發(fā)送給資源合弄與訂單合弄。由于訂單合弄和資源合弄將調(diào)度合弄給出的調(diào)度計劃作為一種建議而非命令，因而這里并沒有引入一種剛性的遞階結(jié)構(gòu)。通過在HMS~RA中三個基本合弄的基礎(chǔ)上進(jìn)一步引入輔助合弄，實際上解除了敏捷性、可靠性和系統(tǒng)性能之間的禍合關(guān)系:一方面基于三個基本合弄的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)易于擴展和重構(gòu)，從而使系統(tǒng)具有可靠性和敏捷性，而通過輔助合弄可以實現(xiàn)所需的性能優(yōu)化。具體來講

按照原調(diào)度計劃執(zhí)行。甲oMC在其局部決策時將首先計算出每種方案在tc、時&的變化△乓，然后利用甲s給出的爪/大值就△乓對系統(tǒng)性能A的影響進(jìn)行計算，最終從中選擇最佳方案。由于所涉及到的計算量很小，可以確保甲OMc合弄對擾動作出快速響應(yīng)。4.4.4實例分析和討論下面通過5個實例來說明ASE算法的應(yīng)用:①操作Al拖延了5分鐘;②操作Al提前5分鐘完成;③機床m，在完成操作Al后發(fā)生故障，5分鐘后故障修復(fù):④操作Al拖延了5分鐘，且機床ml上的后續(xù)操作Cl還可在機床m了上進(jìn)行，但所需時間為35分鐘;⑤機床m，在t=o時因為刀具短缺而無法完成Al，且準(zhǔn)備刀具需5分鐘，但在此時ml上仍可進(jìn)行操作Cl，但需5分鐘用于操作轉(zhuǎn)換。、*‘.一、_一_一，一:二，。二，。，_二.二，、，、..告爪.、.~一、.一:、.爪_各個決策方案對系統(tǒng)性能A的影響按公式△A=y上蘭△“進(jìn)行計算，式中上蘭可廿魔，‘魔‘根據(jù)￡，的實際取值按圖4.4.2.1.1~圖4.4.2.4.1中的偏微分值分段計算，△“，二:，一對，其中對即圖4.4.2.1.1一圖4.4.2.4.1中給出的:‘的額定值。四四四，日日.m;;;一;;;;;;;;;;;JJJ塑塑{:::::::::::之之食杖杖lll氓羽:::::::::::::::::::落閱:::，，，，羹立落長長長lllll湯氮氮IIIIIIIIIIIllllllllllllllllllllllllllllllllll
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2002
【分類號】：TH166

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 汪桂華;吳宣潤;曹建達(dá);;基于Holon的服裝虛擬企業(yè)信息交換系統(tǒng)模式的研究[J];嘉興學(xué)院學(xué)報;2006年S1期

2 趙普;鄭力;劉大成;龐名昕;;基于代理的合弄控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J];制造技術(shù)與機床;2006年02期

3 趙中敏;;基于代理的合弄智能控制結(jié)構(gòu)的理論研究[J];制造技術(shù)與機床;2011年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 王雷;類生物化制造系統(tǒng)協(xié)調(diào)機制及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

2 劉維來;柔性裝配系統(tǒng)的規(guī)劃和建模方法研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

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4 林獻(xiàn)坤;支持合弄結(jié)構(gòu)的數(shù)控加工智能控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];同濟大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 葛正;汽車零部件可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)設(shè)計及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2011年

2 何挺;潔具零件組合機床的設(shè)計及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2012年

本文編號：2693071