發(fā)布時間：2020-04-09 03:09

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)全球化趨勢的不斷深入,面對激烈的市場競爭,制造企業(yè)生存環(huán)境愈發(fā)動蕩多變。一方面對于制造系統(tǒng)的柔性和生產(chǎn)能力要求持續(xù)增長,另一方面制造過程的可預(yù)見性卻持續(xù)下降。因此,要求生產(chǎn)管理人員能夠?qū)討B(tài)多變的制造環(huán)境做出及時、準(zhǔn)確的響應(yīng)。車間生產(chǎn)控制系統(tǒng)是優(yōu)化車間系統(tǒng)運(yùn)行、提高車間系統(tǒng)性能的重要手段。由于車間實際運(yùn)行工況和內(nèi)外部條件的改變,導(dǎo)致車間系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)或系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生變化。從系統(tǒng)論的角度考慮生產(chǎn)控制問題時,常規(guī)的控制器不可能得到較好的控制品質(zhì),而自適應(yīng)控制正是研究具有一定程度不確定性車間制造系統(tǒng)的控制理論和方法。本文圍繞離散制造車間層的生產(chǎn)—運(yùn)作—決策問題,從控制論的角度,以生產(chǎn)能力自適應(yīng)控制為主線展開研究,主要研究工作如下:(1)構(gòu)建了基于控制理論的自適應(yīng)生產(chǎn)控制系統(tǒng)框架。自適應(yīng)生產(chǎn)控制系統(tǒng)由生產(chǎn)控制器、性能分析與策略優(yōu)化以及車間運(yùn)行決策三個關(guān)鍵模塊組成。系統(tǒng)采用了集中式事件驅(qū)動機(jī)制鏈接生產(chǎn)控制器模塊和車間運(yùn)行決策模塊,并采用分散式事件驅(qū)動機(jī)制建立了車間內(nèi)部智能單元決策模塊,使之能夠滿足復(fù)雜動態(tài)多變的車間運(yùn)行環(huán)境。提出了以驅(qū)動誤差為函數(shù)的自適應(yīng)控制策略,在提高車間系統(tǒng)性能同時,降低了控制器的作用頻率。(2)建立了離散制造車間生產(chǎn)控制系統(tǒng)模型。以流率控制的基本思想在連續(xù)時域內(nèi)建立了離散制造車間的生產(chǎn)控制系統(tǒng)模型,模型中集成了雙層反饋控制環(huán)節(jié)。在時域內(nèi)詳細(xì)分析了不同參數(shù)取值下的生產(chǎn)控制系統(tǒng)動態(tài)特性,將系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)如:在制品、生產(chǎn)提前期以及生產(chǎn)能力調(diào)整時間與控制理論中的阻尼比和固有頻率相關(guān)聯(lián),揭示了在制品庫存的“阻尼”角色,生產(chǎn)提前期和生產(chǎn)能力調(diào)整時間的“固有頻率”角色。(3)研究了離散制造車間生產(chǎn)控制器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計問題。將生物控制論中的自適應(yīng)性嵌入生產(chǎn)控制器的參數(shù)設(shè)計,首先分析了神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)反饋調(diào)控原理,研究了激素穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制的作用函數(shù)。在此基礎(chǔ)上分別設(shè)計出了以積壓任務(wù)和在制品變化量為控制器參數(shù)的雙閉環(huán)控制器,構(gòu)建了控制器參數(shù)與車間系統(tǒng)性能指標(biāo)的函數(shù)關(guān)系,設(shè)計了以驅(qū)動誤差為函數(shù)的自適應(yīng)控制策略。(4)分析了擾動狀態(tài)下離散制造車間生產(chǎn)控制系統(tǒng)性能。首先分析了離散制造車間的內(nèi)部架構(gòu),提出了一種自組織式生產(chǎn)模式,簡化了生產(chǎn)控制流程,并定義了訂單流矩陣表征車間內(nèi)部架構(gòu)。在制品庫存是描述系統(tǒng)內(nèi)部動態(tài)特性的關(guān)鍵變量,在制品數(shù)量的多少直接或間接地影響系統(tǒng)的阻尼比和固有頻率。以在制品庫存作為離散車間生產(chǎn)控制系統(tǒng)的狀態(tài)反饋變量,設(shè)計了基于生產(chǎn)能力調(diào)整時間和采樣周期的狀態(tài)反饋控制規(guī)律。以訂單流矩陣為“紐帶”,在離散時域內(nèi)建立了車間系統(tǒng)狀態(tài)方程和輸出方程。采用狀態(tài)空間法,求解出離散制造車間狀態(tài)矩陣特征值,評估了生產(chǎn)控制系統(tǒng)的性能。(5)設(shè)計了車間運(yùn)行決策機(jī)制,搭建了自適應(yīng)生產(chǎn)控制實驗平臺。定義了車間運(yùn)行決策目標(biāo)函數(shù),目標(biāo)函數(shù)綜合考慮了生產(chǎn)速率、成本以及車間關(guān)鍵性能指標(biāo)。依據(jù)目標(biāo)函數(shù)定義了車間內(nèi)各單元的屬性、工藝數(shù)據(jù)和負(fù)載信息等基本事實和決策規(guī)則,構(gòu)建了車間運(yùn)行決策機(jī)制。通過嵌入式工控機(jī)構(gòu)建智能單元控制器,進(jìn)而搭建了分布式自適應(yīng)控制實驗平臺,并開發(fā)了自適應(yīng)生產(chǎn)控制原型系統(tǒng),實現(xiàn)了控制策略到執(zhí)行決策的有效銜接。通過實驗平臺驗證了本文提出的關(guān)鍵技術(shù)。
【圖文】：

離散制造車間自適應(yīng)生產(chǎn)控制關(guān)鍵技術(shù)研究20圖2.3 生產(chǎn)計劃與控制系統(tǒng)[108]上述模型的設(shè)計理念在于保證生產(chǎn)能力和生產(chǎn)的同步，側(cè)重于上層規(guī)劃，并無提及車間層的執(zhí)行問題；模型中以在制品、生產(chǎn)率和庫存水平為控制目標(biāo)，邏輯判斷單元實現(xiàn)不同生產(chǎn)控制目標(biāo)的控制策略切換功能；某種意義上，圖 2.3 所提出的控制方案是一種集中控制架構(gòu)，沒有考慮離散車間系統(tǒng)內(nèi)各制造單元的“松耦合”特性，，難以直接用于離散車間的生產(chǎn)控制。2.3.1.2 生產(chǎn)控制系統(tǒng)的控制理論分析離散車間系統(tǒng)屬于大系統(tǒng)范疇，不宜采用實驗的方法驗證。所設(shè)計的控制策略在投入系統(tǒng)運(yùn)行前，需要通過一定的分析來評估策略的有效性。文獻(xiàn)[109]指出生產(chǎn)控制系統(tǒng)是一種動態(tài)非線性系統(tǒng)，是基于制造系統(tǒng)參數(shù)的函數(shù)，因此為了深入理解生產(chǎn)控制系統(tǒng)的性能或特性

21用物流操作函數(shù)表示實際系統(tǒng)生產(chǎn)能力和利用率之間的關(guān)系。圖2.4 在制品與積壓任務(wù)控制器的概念模型[112]隨后，文獻(xiàn)[113]中，作者 Duffie 和 Falu 利用改進(jìn)的 Z 變換方法得到了上述模型的方框圖形式，通過圖 2.5 所示的多速率離散系統(tǒng)表征系統(tǒng)的動力學(xué)模型，并計算出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)用以分析系統(tǒng)擾動（如：設(shè)備故障或緊急插單）對系統(tǒng)性能帶來的影響。差分方程便于設(shè)計離散分段定常控制器，為進(jìn)一步采用計算機(jī)控制提供了捷徑。但該類建模方式同樣存在局限性，即不能處理訂單批次與工序問題。因此，在采用控制論建模分析生產(chǎn)控制系統(tǒng)時，大多數(shù)文獻(xiàn)都采用將離散的訂單連續(xù)化，從流率控制的思路建模。圖2.5 離散型生產(chǎn)計劃控制系統(tǒng)[113]
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH186;TP273

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2620203