基于自動機的虛擬生產系統混合式監(jiān)控與自適應調度.pdf

1、隨著科技的進步和經濟全球化的深入，當今制造業(yè)所處的環(huán)境發(fā)生了巨大的變化。各制造企業(yè)不僅需要向用戶提供高質量、高性能的產品，而且要能及時對動態(tài)多變的市場環(huán)境做出準確的響應，為用戶提供多品種小批量生產直至大規(guī)模定制。以實現柔性和對多變市場需求作出及時響應為目標的面向客戶的敏捷制造日益成為21世紀企業(yè)的主要模式。在敏捷制造的研究中，如何使企業(yè)生產系統的資源結構(資源組織方式)和控制結構(資源調度方式)快速、高效和經濟地適應市場需求是敏捷思想得

2、以實現的核心部分。對于我國大部分制造企業(yè)而言，盡管已在硬件方面營建了實施敏捷制造的條件，但還是普遍缺乏有效和適合的資源組織、調度以及控制等軟性技術的支持，因此，從敏捷制造的角度研究企業(yè)車間級生產的資源結構和控制結構及其復雜的優(yōu)化問題，將對我國制造企業(yè)進一步發(fā)展敏捷制造、提高企業(yè)競爭力起到有力的指導和推進作用。 本文通過對生產系統資源結構和控制結構研究現狀的比較，分析和歸納了它們的發(fā)展趨勢，并預見了結合眾多新型資源結構理論而提出的

3、虛擬生產系統(VPSs)具有潛在的研究和應用價值。在分析了VPSs研究現狀后，以提高控制效率、動態(tài)調度的實時能力、穩(wěn)定性以及降低變化成本等為目標，提出了在虛擬空間上構造一種具有可重構性、魯棒性、自適應性、經濟性，適合于單件小批量生產環(huán)境的VPSs監(jiān)控調度集成系統。 首先，針對現有基于Petri網方法的VPSs模型在控制效率上的不足，本文構筑了兼顧控制和調度的基于自治與協調的VPSs監(jiān)控調度系統，并在UPPAAL軟件平臺上加以實現

4、。該系統主要包括：采用自動機/形式語言方法并結合面向對象的技術以及層級的方法建立的VPSs可重構DEDS模型；針對VPSs邏輯(虛擬)和物理的雙重特點設計的基于自治與協調的混合式監(jiān)控框架；以及進一步應用自動機反饋監(jiān)控原理及網絡技術具體構建的基于自治與協調的VPSs兩層級混合式監(jiān)控結構。將賦時自動機(網絡)理論與所設計VPSs閉環(huán)控制系統相結合，最終在UPPAAL上搭建了基于自治與協調的VPSs監(jiān)控調度系統，并進行了無死鎖性分析以及時間最

5、優(yōu)調度的計算和仿真。 其次，針對現有基于整體重調度方法的VPSs動態(tài)調度在實時能力、穩(wěn)定性和經濟性上的不足，本文采用局部重調度方法，在專家系統軟件平臺CLIPS上開發(fā)了VPSs自適應動態(tài)調度專家系統。它主要包括：結合VPSs自身的特點，構建基于事件驅動的VPSs自適應動態(tài)調度基本框架；進一步系統地制定VPSs自適應動態(tài)調度的機理所包含的各項內容；并提出改進的啟發(fā)式受影響操作重調度算法，作為VPSs自適應動態(tài)調度的算法；最終在CL