面向CPS的虛擬生產(chǎn)線建模與調(diào)度研究.pdf

1、近年來，信息物理融合系統(tǒng)（CPS，Cyber-Physical System）已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界與科技界研究開發(fā)的重要方向。它通過計(jì)算技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實(shí)現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)。CPS實(shí)現(xiàn)計(jì)算、通信與物理系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，可使系統(tǒng)更加可靠、高效、實(shí)時(shí)協(xié)同，具有重要而廣泛的應(yīng)用前景。本文以軍隊(duì)某研究院武器生產(chǎn)線“機(jī)器人換人”技術(shù)研究項(xiàng)目為背景，開展了面向CPS的虛擬生產(chǎn)線建模與調(diào)度研究。<

2、br>　　本文首先論述了CPS的運(yùn)行方式及其在智能生產(chǎn)線中的應(yīng)用前景，提出了面向CPS的智能生產(chǎn)線系統(tǒng)框架，旨在實(shí)現(xiàn)“基于仿真的規(guī)劃與控制”，促進(jìn)生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與在線控制，并給出了面向CPS的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，接著分析了涉及的關(guān)鍵技術(shù)，為全文研究奠定基礎(chǔ)。研究了虛擬環(huán)境建模，采用零部件三維參數(shù)化方法構(gòu)建模型，基于此論述了虛擬樣機(jī)的開發(fā)方法，實(shí)現(xiàn)了虛擬樣機(jī)的構(gòu)建，并分析測(cè)試了樣機(jī)的特征參數(shù)，仿真結(jié)果驗(yàn)證了虛擬樣機(jī)的可用性。研究了含機(jī)

3、器人單元的生產(chǎn)調(diào)度問題，首先建立了機(jī)器人單元調(diào)度的數(shù)學(xué)模型，并提出一種基于生產(chǎn)工序的庫(kù)所時(shí)延 Petri網(wǎng)（PTPN）進(jìn)行系統(tǒng)分析，對(duì)系統(tǒng)的阻塞、饑餓、死鎖等特性進(jìn)行了闡述。基于此，采用遺傳算法對(duì)機(jī)器人的搬運(yùn)工序進(jìn)行優(yōu)化，并重新設(shè)計(jì)了遺傳算法，將鄰域搜索應(yīng)用于遺傳算法的交叉及變異過程，使得子代朝著最優(yōu)解方向收斂，優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度，通過對(duì)算法仿真、分析，驗(yàn)證了算法的有效性。在上述研究的基礎(chǔ)上，本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)虛擬環(huán)境與實(shí)物機(jī)器人協(xié)同仿真原型系統(tǒng)