【摘要】： 隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)全球化的深入,當(dāng)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(zhì)量、高性能的產(chǎn)品,而且要能及時(shí)對動態(tài)多變的市場環(huán)境做出準(zhǔn)確的響應(yīng),為用戶提供多品種小批量生產(chǎn)直至大規(guī)模定制。以實(shí)現(xiàn)柔性和對多變市場需求作出及時(shí)響應(yīng)為目標(biāo)的面向客戶的敏捷制造日益成為21世紀(jì)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(chǎn)系統(tǒng)的資源結(jié)構(gòu)(資源組織方式)和控制結(jié)構(gòu)(資源調(diào)度方式)快速、高效和經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)市場需求是敏捷思想得以實(shí)現(xiàn)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(shí)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(diào)度以及控制等軟性技術(shù)的支持,因此,從敏捷制造的角度研究企業(yè)車間級生產(chǎn)的資源結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜的優(yōu)化問題,將對我國制造企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展敏捷制造、提高企業(yè)競爭力起到有力的指導(dǎo)和推進(jìn)作用。 本文通過對生產(chǎn)系統(tǒng)資源結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀的比較,分析和歸納了它們的發(fā)展趨勢,并預(yù)見了結(jié)合眾多新型資源結(jié)構(gòu)理論而提出的虛擬生產(chǎn)系統(tǒng)(VPSs)具有潛在的研究和應(yīng)用價(jià)值。在分析了VPSs研究現(xiàn)狀后,以提高控制效率、動態(tài)調(diào)度的實(shí)時(shí)能力、穩(wěn)定性以及降低變化成本等為目標(biāo),提出了在虛擬空間上構(gòu)造一種具有可重構(gòu)性、魯棒性、自適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性,適合于單件小批量生產(chǎn)環(huán)境的VPSs監(jiān)控調(diào)度集成系統(tǒng)。 首先,針對現(xiàn)有基于Petri網(wǎng)方法的VPSs模型在控制效率上的不足,本文構(gòu)筑了兼顧控制和調(diào)度的基于自治與協(xié)調(diào)的VPSs監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng),并在UPPAAL軟件平臺上加以實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)主要包括:采用自動機(jī)/形式語言方法并結(jié)合面向?qū)ο蟮募夹g(shù)以及層級的方法建立的VPSs可重構(gòu)DEDS模型;針對VPSs邏輯(虛擬)和物理的雙重特點(diǎn)設(shè)計(jì)的基于自治與協(xié)調(diào)的混合式監(jiān)控框架;以及進(jìn)一步應(yīng)用自動機(jī)反饋監(jiān)控原理及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具體構(gòu)建的基于自治與協(xié)調(diào)的VPSs兩層級混合式監(jiān)控結(jié)構(gòu)。將賦時(shí)自動機(jī)(網(wǎng)絡(luò))理論與所設(shè)計(jì)VPSs閉環(huán)控制系統(tǒng)相結(jié)合,最終在UPPAAL上搭建了基于自治與協(xié)調(diào)的VPSs監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng),并進(jìn)行了無死鎖性分析以及時(shí)間最優(yōu)調(diào)度的計(jì)算和仿真。 其次,針對現(xiàn)有基于整體重調(diào)度方法的VPSs動態(tài)調(diào)度在實(shí)時(shí)能力、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性上的不足,本文采用局部重調(diào)度方法,在專家系統(tǒng)軟件平臺CLIPS上開發(fā)了VPSs自適應(yīng)動態(tài)調(diào)度專家系統(tǒng)。它主要包括:結(jié)合VPSs自身的特點(diǎn),構(gòu)建基于事件驅(qū)動的VPSs自適應(yīng)動態(tài)調(diào)度基本框架;進(jìn)一步系統(tǒng)地制定VPSs自適應(yīng)動態(tài)調(diào)度的機(jī)理所包含的各項(xiàng)內(nèi)容;并提出改進(jìn)的啟發(fā)式受影響操作重調(diào)度算法,作為VPSs自適應(yīng)動態(tài)調(diào)度的算法;最終在CLIPS上構(gòu)建VPSs自適應(yīng)動態(tài)調(diào)度專家系統(tǒng)。 最后,建立了由這兩個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成的VPSs監(jiān)控調(diào)度集成系統(tǒng),并以典型而復(fù)雜的FMS為例,在正常和異常情況下分別進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)度和動態(tài)調(diào)整調(diào)度的實(shí)驗(yàn),從而驗(yàn)證了本文所提出的方法和所建立的系統(tǒng)是可行和有效的。
【圖文】：

第 11 頁圖 1-5 虛擬生產(chǎn)系統(tǒng)（VPSs）示意圖Fig.1-5 The paradigm of Virtual Production Systems (VPSs)在實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)中，由若干并存的 VPS 構(gòu)建起的可以同時(shí)進(jìn)行多品種產(chǎn)品制 VPSs 是采用 VPS 這一新資源結(jié)構(gòu)的典型例子，如圖 1-5 所示。它很好地結(jié)合了產(chǎn)品與面向功能這兩種基本資源結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，具有以下三個(gè)顯著的特征：（1） 有效的內(nèi)部物流管理：從 VPSs 邏輯層的角度出發(fā)，每個(gè) VPS 實(shí)際上是根據(jù)某一特定用戶產(chǎn)品的生產(chǎn)、在控制計(jì)算機(jī)上建立起來的一個(gè)專用生產(chǎn)系統(tǒng)，并且由獨(dú)立的控制器進(jìn)行控制以，VPSs 可以進(jìn)行面向產(chǎn)品的資源結(jié)構(gòu)那樣有效的內(nèi)部物流管理，易于掌握每品的生產(chǎn)狀況，并對其生產(chǎn)過程實(shí)施調(diào)度與控制。（2） 簡單的制造資源管理：

圖 4-2 VPSs 的賦時(shí)自動機(jī)（網(wǎng)絡(luò)）模型Fig.4-2 The NTA model of VPSs圖 4-2 中，雙圈為初始位置，單圈為其他位置，帶箭頭的實(shí)線表示邊，，每條邊可選擇性地帶有行為、衛(wèi)式以及更新的標(biāo)簽。為了與各自的自治監(jiān)控器建立對應(yīng)的監(jiān)督和控制關(guān)系，各 VPS 及其所使用制造資源的賦時(shí)自動機(jī)（網(wǎng)絡(luò)）模型都在行為后面標(biāo)記了符號“!”和“?”，分別用來表示通過同步通道發(fā)送和接收信息。這樣，監(jiān)控對象中的行為就與自治監(jiān)控器中相對應(yīng)的行為通過同步通道關(guān)聯(lián)了起來。例如，監(jiān)控對象 VPS1 中的“VPS1AGV?”通過同步通道 VPS1AGV 與它自治監(jiān)控器中的“VPS1AGV!”相關(guān)聯(lián)，這樣，一旦 VPS1 通過同步通道 VPSAGV 接收到控制命令“VPSAGV!”，它就會受到“VPSAGV?”的激發(fā)而從位置 Begin 變遷到位置AGVtransporting1。此外，整型變量 AGVid 和 AGVbackupid 的衛(wèi)式用于確定 T1 和T2 中哪個(gè)為當(dāng)前工作的 AGV。例如，若衛(wèi)式 AGVid == 1，AGVbackupid == 2 滿足，則 T1 為當(dāng)前負(fù)責(zé)輸送的 AGV，T2 為備用 AGV。4.3.2 自治監(jiān)控器的賦時(shí)自動機(jī)（網(wǎng)絡(luò)）模型
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：F406

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本文編號：2604012