可重構(gòu)裝配線建模、平衡及調(diào)度研究.pdf

1、隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代制造業(yè)正面臨不可預(yù)測(cè)、快速多變和不斷增強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等一系列問(wèn)題。在這種背景下，可重構(gòu)制造系統(tǒng)成為了全球經(jīng)濟(jì)一體化時(shí)代最有競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展?jié)摿Φ闹圃炷Ｊ??？芍貥?gòu)裝配線作為可以適應(yīng)多品種、變批量、多功能、快速交貨和短的產(chǎn)品市場(chǎng)壽命生產(chǎn)模式的新型可重構(gòu)制造系統(tǒng)，也成為近年來(lái)裝配領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。可重構(gòu)裝配線的設(shè)計(jì)與管理作為可重構(gòu)制造系統(tǒng)級(jí)研究的關(guān)鍵內(nèi)容，是引導(dǎo)可重構(gòu)制造系統(tǒng)深入研究和廣泛應(yīng)用的重要途徑，通過(guò)可重構(gòu)裝配線

2、管理系統(tǒng)的開發(fā)，可以為企業(yè)實(shí)現(xiàn)裝配線的重構(gòu)、平衡、調(diào)度及評(píng)價(jià)提供一個(gè)很好的控制與管理平臺(tái)，增強(qiáng)企業(yè)的靈活性和適應(yīng)性，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。因此，針對(duì)可重構(gòu)裝配線管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)展開研究具有重要的理論意義及工程應(yīng)用價(jià)值。本論文研究了基于多Agent的可重構(gòu)裝配線體系結(jié)構(gòu)及其裝配線管理技術(shù)，主要包括如下幾方面： (1)研究了可重構(gòu)裝配線管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。在對(duì)可重構(gòu)裝配線系統(tǒng)需求進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了基于多Agent的可重構(gòu)裝配線管

3、理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。分析了該體系結(jié)構(gòu)的主要特征，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的功能模塊。最后分析了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，為論文的研究確定了方向。 (2)研究了可重構(gòu)裝配線建模技術(shù)。針對(duì)可重構(gòu)裝配線所具有的復(fù)雜性、重構(gòu)性、智能性及自治性的特點(diǎn)，提出了面向Agent的賦時(shí)著色Petri網(wǎng)的可重構(gòu)裝配線建模方法。在對(duì)裝配資源進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，將裝配資源Agent內(nèi)部行為進(jìn)行封裝，建立了裝配資源Agent的ATCPN模型，并通過(guò)過(guò)渡變遷合成可重構(gòu)裝配單元ATC

4、PN模型。根據(jù)每個(gè)可重構(gòu)裝配單元之間的邏輯關(guān)系，確定整個(gè)系統(tǒng)的消息傳遞關(guān)系，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了裝配線快速重構(gòu)。分析了可重構(gòu)裝配線的ATCPN模型的性能指標(biāo)，并提出了AUML模型向ATCPN模型的映射規(guī)則及基于ATCPN的交互協(xié)議建模方法，通過(guò)引入相應(yīng)的多Agent交互協(xié)議模型可以解決模型中存在的死鎖和沖突。 (3)研究了可重構(gòu)裝配線平衡。分析了可重構(gòu)裝配線的特點(diǎn)，綜合考慮工作站的數(shù)量、工作站的負(fù)荷及裝配線效率三個(gè)因素，提出了可重構(gòu)

5、裝配線的平衡模型，同時(shí)提出了一種優(yōu)化裝配線平衡的混合遺傳算法。該算法將模擬退火算法和遺傳算法相結(jié)合，并采用了交叉概率和變異概率的自適應(yīng)重構(gòu)策略，有效避免了算法的早熟，增強(qiáng)了算法全局尋優(yōu)能力。 (4)研究了可重構(gòu)裝配線調(diào)度。綜合考慮影響可重構(gòu)裝配線優(yōu)化調(diào)度的三個(gè)主要因素，即最小化空閑和未完工作業(yè)量、均衡零部件的使用速率及裝配線調(diào)整成本，提出了可重構(gòu)裝配線多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度的數(shù)學(xué)模型。同時(shí)，提出了一種基于Pareto多目標(biāo)遺傳算法的可重

6、構(gòu)裝配線優(yōu)化調(diào)度方法，該算法在遺傳操作中綜合運(yùn)用了群體排序技術(shù)、小生境技術(shù)、Pareto解集過(guò)濾器及精英保留策略，并采用了交叉概率和變異概率的自適應(yīng)重構(gòu)策略，保證了群體的多樣性，避免了算法早熟，增強(qiáng)了算法全局尋優(yōu)能力。 (5)研究了可重構(gòu)裝配線多目標(biāo)調(diào)度決策。基于改進(jìn)的層次分析法和信息熵法，綜合了主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法的優(yōu)勢(shì)，提出了一種新的確定指標(biāo)權(quán)重值的非線性目標(biāo)規(guī)劃模型。同時(shí)針對(duì)可重構(gòu)裝配線多目標(biāo)調(diào)度方案優(yōu)選中存在的諸多灰色信息，提

7、出了一種基于灰關(guān)聯(lián)分析的可重構(gòu)裝配線多目標(biāo)調(diào)度決策模型，并利用決策向量與正理想?yún)⒖枷蛄筷P(guān)聯(lián)度的貼近度作為決策方案的評(píng)判依據(jù)，使評(píng)價(jià)結(jié)果更為可靠、可信。 (6)研究了可重構(gòu)裝配線評(píng)價(jià)體系。在分析了可重構(gòu)裝配線評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則的基礎(chǔ)上，根據(jù)可重構(gòu)裝配線的特點(diǎn)和要求，從工程實(shí)際出發(fā)，對(duì)具有多個(gè)不確定因素的多目標(biāo)、多層次綜合評(píng)價(jià)模糊決策進(jìn)行研究，構(gòu)建了一個(gè)較為系統(tǒng)、科學(xué)、全面的可重構(gòu)裝配線的三層指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，并分析了各個(gè)指標(biāo)的內(nèi)涵。利用

8、組合賦權(quán)法來(lái)確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，通過(guò)最小二乘原理確定評(píng)價(jià)對(duì)象相對(duì)于最優(yōu)參考值的優(yōu)良隸屬度，以此作為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，并結(jié)合層次分析法和模糊數(shù)學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)各指標(biāo)的評(píng)價(jià)。 (7)建立了基于CORBA的可重構(gòu)裝配線管理系統(tǒng)集成框架，研究了裝配資源的信息模型，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的Agent結(jié)構(gòu)及各Agent之間的通信機(jī)制。同時(shí)，開發(fā)了可視化的ATCPN仿真建模工具，用于可重構(gòu)裝配線的ATCPN建模和性能分析。 在上述研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)可重