基于自治與協(xié)商機制的柔性制造車間智能調(diào)度技術(shù)研究.pdf

1、柔性制造環(huán)境下車間生產(chǎn)調(diào)度問題具有復(fù)雜性、不確定性、多目標(biāo)、多約束、多資源相互協(xié)調(diào)等特點。鑒于其重要的理論和實際意義，一直以來是生產(chǎn)管理和組合優(yōu)化領(lǐng)域的重點和難點課題。本文在充分吸收近十余年間基于Agent或Holon的非集中式生產(chǎn)調(diào)度最新研究成果基礎(chǔ)上，以具有生產(chǎn)加工柔性的、多單元、離散作業(yè)型制造車間為研究對象，圍繞基于Holon的協(xié)商與自治調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)展開研究，提出了基于Holon概念模型的、集成強化學(xué)習(xí)機制的合同網(wǎng)協(xié)議和改進(jìn)過濾定

2、向搜索算法的自治與協(xié)商智能調(diào)度技術(shù)，以提供實用有效的求解方法、改善柔性制造車間適應(yīng)內(nèi)部動態(tài)環(huán)境和外部市場快速變化的能力。本研究主要內(nèi)容如下： ⑴從基于Agent或Holon的自治與協(xié)商調(diào)度的關(guān)鍵技術(shù)(實體封裝、控制體系結(jié)構(gòu)、協(xié)商機制和核心算法)角度詳細(xì)綜述了近些年間基于Agent或Holon的自治與協(xié)商生產(chǎn)調(diào)度、核心技術(shù)的研究現(xiàn)狀和存在問題，引出本文研究的出發(fā)點和意義； ⑵針對可靠性、可擴(kuò)展性和適應(yīng)性等要求，提出了基于H

3、olon的柔性制造車間控制體系結(jié)構(gòu)，描述了組件Holon的結(jié)構(gòu)模型、數(shù)據(jù)和功能關(guān)系、信息傳遞模型和通信語言基本規(guī)范，并從軟件體系結(jié)構(gòu)的觀點出發(fā)，運用π演算對其進(jìn)行了形式化描述和分析，為基于Holon的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析奠定基礎(chǔ)； ⑶針對傳統(tǒng)制造合同網(wǎng)協(xié)議缺乏優(yōu)化和動態(tài)學(xué)習(xí)能力這一問題，將強化學(xué)習(xí)工具之一的Q-學(xué)習(xí)算法與制造合同網(wǎng)協(xié)議集成，形成CNP-QL協(xié)商機制，以提高Holon適應(yīng)動態(tài)環(huán)境的實時協(xié)調(diào)調(diào)度能力。詳細(xì)定義了CNP-

4、QL機制的消息描述、策略決策過程、學(xué)習(xí)迭代過程和CNP-QL機制中Q-學(xué)習(xí)算法的各個要素(包括狀態(tài)確定準(zhǔn)則、狀態(tài)空間劃分、獎懲函數(shù)設(shè)計和搜索策略定義等)。最后，單元Holon和產(chǎn)品Holon之間通過CNP-QL機制協(xié)商，用于解決具有柔性工藝路徑的多單元間的任務(wù)動態(tài)協(xié)調(diào)分配問題，并通過仿真實例與純CNP機制進(jìn)行了比較分析，驗證了該機制的有效性； ⑷調(diào)度算法是單元自治決策的引擎。在單元Holon任務(wù)協(xié)調(diào)分配后，提出了基于改進(jìn)過濾定向

5、搜索啟發(fā)式算法HFBS的單元自治調(diào)度機制。構(gòu)建了基于HFBS的單元自治調(diào)度決策模型。針對任務(wù)協(xié)調(diào)分配后形成的柔性Job Shop調(diào)度問題(FJSP)，建立了面向多目標(biāo)FJSP問題的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型并對模型進(jìn)行分析討論。為了有效解決FJSP問題，詳細(xì)定義了HFBS四個搜索策略因素：①解空間的搜索樹表述；②分枝策略；③定向搜索寬度和定向過濾寬度的確定；④評價函數(shù)的構(gòu)造。在分析策略因素對算法性能影響的基礎(chǔ)上，就FJSP領(lǐng)域的標(biāo)桿數(shù)據(jù)和大量隨機仿真

6、數(shù)據(jù)，分別與現(xiàn)有的其它基于人工智能的啟發(fā)式算法和調(diào)度規(guī)則進(jìn)行了分析比較，說明了算法的有效性； ⑸為了使單元自治調(diào)度實現(xiàn)持續(xù)優(yōu)化，提高自治調(diào)度對不可預(yù)見或隨機的內(nèi)外擾動事件(如機床故障、新訂單進(jìn)入等)的實時適應(yīng)能力，在系統(tǒng)化闡述動態(tài)重調(diào)度整體理論框架體系的基礎(chǔ)上，提出柔性制造車間單元內(nèi)的動態(tài)重調(diào)度決策過程，對基于過濾定向搜索的啟發(fā)式核心算法進(jìn)行局部/全局評價函數(shù)和分枝策略兩方面的擴(kuò)展以更好地集成作業(yè)交貨期和優(yōu)先權(quán)重，并從動態(tài)重調(diào)度