基於資源配置的製造裝配系統最佳化調度方法研究

《基於資源配置的製造裝配系統最佳化調度方法研究》是依託西安交通大學，由邢科義擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於資源配置的製造裝配系統最佳化調度方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：邢科義
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

以往對製造系統從組建，路徑最佳化，控制到調度的研究幾乎是獨立進行的，導致所設計的系統難以控制調度，且控制與調度策略也不能直接同時套用於實際系統。本項目將建立製造裝配系統構建,控制和調度的系統化、一體化研究方法。基於系統Petri網模型，研究系統最優控制和調度策略的綜合方法，特別是研究建立具有多項式時間計算複雜性的最優活性控制調度及其具有這種控制調度的系統結構特徵，建立從控制調度到系統重構與路徑最佳化的反饋機制，構建整體性能最優的製造裝配系統。建立控制約束與系統控制不變數之間的關係,以及將控制約束化為調度約束的方法。將控制約束融於調度約束之中，建立控制調度問題的統一數學最佳化模型及其求解方法。建立判斷系統狀態安全性與調度的控制可行性的方法，以及將不可行調度轉化為可行調度的方法，通過智慧型算法建立系統活性調度策略。本研究將對於推動製造系統自動化理論的深入研究與發展，解決製造系統的實際問題都有重要意義。

結題摘要

為滿足生產需求並使效益極大化，人們對製造系統從構建、控制到調度等各方面進行了廣泛深入地研究，其目標都是協調共享資源的分配，最佳化系統整體性能。對同一系統施加的各種約束應該功能一致，易於實現並利於其它約束的實現。而以往對各方面的研究幾乎是獨立進行的，導致所設計的系統難以控制、調度，或控制與調度策略難以同時套用於系統。本項目基於Petri 網(P-網)模型，開展製造系統活性控制和調度綜合方法以及系統設計、控制與調度問題的集成化方法研究。所開展的主要工作如下：一、建立了導致製造系統死鎖的兩類Petri網結構特徵，極大完備資源變遷迴路（MPC）和嚴格極小Siphon（SMS），之間的一一對應關係以及相互轉換方法，進而建立了基於不同結構的控制策略之間的相互轉化方法。提出了一種列舉所有MPC或SMS新方法，其複雜性與MPC個數成線性關係, 這也大大降低了基於MPC或SMS設計死鎖控制器的複雜性；二、為設計結構簡單的活性P-網控制器，提出了變遷覆蓋的概念，它是MPC的子集。通過對其中每個MPC施加一個控制位置，建立了一種死鎖控制器的設計新方法。所得控制器的結構、性能與基於基本siphon的控制器相同。由於存在非有效變遷覆蓋，從它們無法設計死鎖控制器，項目提出了一個判斷變遷覆蓋有效性，並將非有效轉換為有效覆蓋的方法，證明了有效變遷覆蓋的存在性。變遷覆蓋與基本Siphon對應，故也就給出了基於基本siphon方法設計控制器所需的合適基本siphon的計算方法；三、通過將基於P-網的活性控制策略嵌入到遺傳算法之中，提出了一種無死鎖智慧型調度算法。將調度問題的一個可能解編碼為染色體，通過控制約束來校正染色體的可行性。可行染色體能容易的被解碼成為一個可行的無死鎖調度。驗證染色體可行性一般是困難的。基於最優控制策略，提出了一種一步向前看的染色體可行性檢測與校正方法。通過它既能檢測染色體是否可行，又能將不可行染色體修正成為可行染色體。項目同時基於不同智慧型最佳化算法，提出了各種活性調度策略的計算方法。這種通過將控制策略嵌入智慧型算法建立起的集成最佳化框架，為將控制套用到實際系統，建立系統一體化研究方法奠定了基礎；四、基於製造裝配系統的P-網模型，給出了引起系統死鎖的結構和系統為活的條件，提出了一種活性控制器綜合方法。本項目對推動製造系統從構建到控制調度一體化研究，解決製造系統的實際問題都有重要意義。