基于Petri網(wǎng)的可重組制造系統(tǒng)建模、調(diào)度及控制方法研究.pdf

1、可重組制造系統(tǒng)作為可以適應(yīng)多品種、變批量、多功能、快速交貨和短的產(chǎn)品市場壽命生產(chǎn)模式的新型制造系統(tǒng)，受到了理論界和工程界的廣泛關(guān)注和深入研究。由于可重組制造系統(tǒng)具有模塊化、可集成、可定制、可變結(jié)構(gòu)以及可診斷的新特點，發(fā)展與之相適應(yīng)的關(guān)鍵使能技術(shù)成為一項重要的研究課題。建模、調(diào)度和控制作為支撐制造系統(tǒng)提高管理水平、優(yōu)化水平以及自動化水平的關(guān)鍵理論與方法，其研究和應(yīng)用的成果已經(jīng)成為制造系統(tǒng)總體應(yīng)用水平的一個重要標(biāo)志。本文基于系統(tǒng)動態(tài)重構(gòu)和模

2、塊化的特點，利用．Petri網(wǎng)這一形式化和圖形化分析工具，提出和設(shè)計了可重組制造系統(tǒng)的建模、調(diào)度和控制方法，并進行了大量的數(shù)值仿真和比較研究。本文的研究成果推進和豐富了可重組制造系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，并對解決與之相關(guān)的制造系統(tǒng)問題具有一定的指導(dǎo)作用。 本文的研究問題及所取得的主要成果歸納如下： (1)提出可重組制造系統(tǒng)的理論框架及其關(guān)鍵使能技術(shù)。分析了多品種、變批量的生產(chǎn)方式對制造系統(tǒng)的要求，對適應(yīng)這一發(fā)展趨勢的可重組制造

3、系統(tǒng)定義、特性和組成進行了描述，提出可重組制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計原則，給出了可重組制造系統(tǒng)的理論框架，指出和詳細分析實現(xiàn)可重組制造系統(tǒng)關(guān)鍵使能技術(shù)，并闡述如何運用這些技術(shù)實現(xiàn)可重組制造系統(tǒng)。從技術(shù)角度提出實現(xiàn)可重組制造系統(tǒng)的一個切實可行的完整體系。 (2)提出基于擴展隨機Petri網(wǎng)的可重組制造系統(tǒng)建模方法。為適應(yīng)可重組制造系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)的特點，采用自底向上建模方法，將可重組制造系統(tǒng)不同類型的加工資源對應(yīng)于相應(yīng)的擴展隨機．Petri網(wǎng)

4、基本模塊，采用過渡變遷合成擴展隨機Petri網(wǎng)模型。該模型通過反映可重組制造基本特征的模塊，可方便、有效地描述可重組制造系統(tǒng)的組元升級和組態(tài)調(diào)整。模型能適應(yīng)任意分布的制造系統(tǒng)，可精確的反映生產(chǎn)過程。 (3)提出基于行為表達式的可重組制造系統(tǒng)性能分析方法。為克服目前常用的基于Petri網(wǎng)可達圖的性能分析方法存在狀態(tài)空間爆炸的問題，將行為表達式的性能分析方法引入可重組制造系統(tǒng)的擴展隨機Petri網(wǎng)模型，給出了可重組制造系統(tǒng)性能分析方

5、法，該方法可不必畫出系統(tǒng)可達圖就可進行系統(tǒng)性能分析并直接得到系統(tǒng)參數(shù)之間的定量函數(shù)關(guān)系，利用該關(guān)系式可直觀、簡潔的得到系統(tǒng)性能及相應(yīng)趨勢圖，計算仿真結(jié)果驗證了該方法相對于基于傳統(tǒng)馬爾可夫理論鏈分析方法的優(yōu)越性。 (4)提出一種基于確定性時間Petri網(wǎng)和遺傳算法的調(diào)度方法解決可重組制造系統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度問題。為描述可重組制造系統(tǒng)的可變結(jié)構(gòu)，給出了基于確定性時間Petri網(wǎng)的基本調(diào)度模塊，并建立了系統(tǒng)的調(diào)度模型。遺傳算法采用了可重組制

6、造系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型的激發(fā)序列作為染色體，選擇、交叉及變異算子都是對Petri網(wǎng)元素進行操作，與問題空間無關(guān)；目標(biāo)函數(shù)采用系統(tǒng)重組費用與提前/拖期懲罰相結(jié)合的多目標(biāo)優(yōu)化。該算法在滿足交貨期的前提下，有效降低了系統(tǒng)重組費用，減少了成品/半成品的庫存占用時間，提高了系統(tǒng)的成本經(jīng)濟效益。 (5)提出一種基于Petri網(wǎng)并支持混流生產(chǎn)的可重組模塊化邏輯控制器設(shè)計方法。針對可重組制造系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)、混流生產(chǎn)等特點，可重組模塊化邏輯控制器