可重構(gòu)物流系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)度方法的研究.pdf

1、可重構(gòu)制造系統(tǒng)(RMS)是一類構(gòu)形可變的新型制造系統(tǒng),能夠根據(jù)生產(chǎn)需求,快速改變系統(tǒng)構(gòu)形,以經(jīng)濟的方式準確地提供所需的功能和產(chǎn)能?？芍貥?gòu)物流系統(tǒng)(RMHS)是RMS的重要組成部分,必須具有快速改變構(gòu)形的能力,以適應(yīng)RMS的要求?；诙嘧詣訉?dǎo)引車系統(tǒng)(AGVS)的RMHS運作中的關(guān)鍵問題是:為系統(tǒng)選擇怎樣的布局和路徑網(wǎng)絡(luò),以及如何調(diào)度搬運任務(wù),以使得物流成本最小化,即設(shè)計與調(diào)度問題。RMHS的設(shè)計與調(diào)度問題是復(fù)雜的組合優(yōu)化問題,而且在RM

2、S環(huán)境下,需要考慮系統(tǒng)構(gòu)形頻繁變化、工作站重構(gòu)等復(fù)雜多變的問題,對于這個問題尚缺乏系統(tǒng)化的、行之有效的求解理論與方法。
　　 針對這一情況,在國家重點基礎(chǔ)研究計劃項目“復(fù)雜生產(chǎn)制造過程實時、智能控制與優(yōu)化理論和方法研究”的資助下,圍繞課題“生產(chǎn)制造系統(tǒng)重構(gòu)過程的實時協(xié)調(diào)控制理論與方法研究”,本文展開基于AGVS的RMHS設(shè)計與調(diào)度方法的研究,提出了有效的設(shè)計方法和調(diào)度方法,本文主要研究內(nèi)容如下:
　　 1.提出同時考慮布

3、局和路徑網(wǎng)絡(luò)的更加符合實際情況的RMHS設(shè)計模型。根據(jù)基于AGVS的RMHS的特點,綜合考慮布局和路徑網(wǎng)絡(luò)對物流成本的影響,考慮系統(tǒng)工作站布局重構(gòu)的成本,提出集成考慮布局和路徑網(wǎng)絡(luò)的RMHS設(shè)計模型。該模型的目標是最小化系統(tǒng)總物流成本,包括AGV的負載路程和空載路程產(chǎn)生的成本,以及工作站重構(gòu)的成本；主要決策變量是工作站布局變量和路徑方向變量；需要滿足路徑長度、路徑方向、流量等約束條件。
　　 2.提出改進類電磁機制算法的RMHS

4、設(shè)計方法。類電磁機制算法是一種較新的啟發(fā)式方法,具有較好的求解速度和求解質(zhì)量。但是初始的類電磁機制算法針對連續(xù)系統(tǒng)問題,為了應(yīng)用在離散系統(tǒng)中,需要進行離散化改進。變鄰域搜索策略是較好的局部搜索策略,能系統(tǒng)地搜索各個鄰域。針對RMHS的路徑網(wǎng)絡(luò)設(shè)計問題、布局設(shè)計問題以及集成設(shè)計問題,分別設(shè)計相應(yīng)的改進類電磁機制算法。
　　 1)提出改進類電磁機制算法的路徑網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法。針對RMHS的路徑網(wǎng)絡(luò)設(shè)計問題,進行類電磁機制算法的設(shè)計。對路

5、徑網(wǎng)絡(luò)進行預(yù)處理,以降低計算量,提高解的可行性。在改進的類電磁機制算法中,粒子采用離散的二進制編碼,其編碼長度等于預(yù)處理后邊的數(shù)量。在局部搜索中,采用變鄰域搜索策略,為了降低計算量,只對當(dāng)前最優(yōu)粒子進行局部搜索。根據(jù)粒子的總物流路程來計算帶電量。在移動過程中,粒子根據(jù)合力的排序概率移動。對局部搜索和移動過程中產(chǎn)生的不可行解,進行有限修正,以提高可行解的比例。為了驗證所提出算法的效果,提出基于遺傳算法的路徑網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法作為對比方法,采用分

6、支定界方法作為優(yōu)化方法。通過多個計算實例,與其他方法比較來驗證所提出方法的有效性。
　　 2)提出改進類電磁機制算法的布局設(shè)計與重構(gòu)方法。針對RMHS的布局設(shè)計與重構(gòu)問題,進行類電磁機制算法的設(shè)計。粒子采用按照排列順序編碼的方法,在局部搜索過程中,采用變鄰域搜索策略,對所有粒子進行局部搜索。在移動過程中,根據(jù)合力的排序來確定粒子的移動。作為比較,提出基于遺傳算法的布局設(shè)計與重構(gòu)方法。在問題規(guī)模較小的時候,采用窮舉法得到最優(yōu)解。通

7、過多個計算實例,與其他方法比較驗證所提出方法的有效性。
　　 3)提出改進類電磁機制算法的集成布局和路徑網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法。布局與路徑網(wǎng)絡(luò)是密切相關(guān)的兩個方面,可以通過集成設(shè)計來擴大可行解的空間,獲得比單獨設(shè)計更優(yōu)的解,從而可能明顯降低總的物流成本。針對RMHS的集成設(shè)計問題,進行類電磁機制算法的設(shè)計。粒子采用二段編碼的方法,對布局和路徑網(wǎng)絡(luò)分別編碼。在局部搜索過程中,采用變鄰域搜索策略,對布局和路徑網(wǎng)絡(luò)分層次搜索。在合力計算過程中,

8、分別計算布局和路徑網(wǎng)絡(luò)的合力。在移動過程中,根據(jù)布局和路徑網(wǎng)絡(luò)的合力,分別移動。為了驗證所提出方法的效果,采用分步設(shè)計方法作為對比方法,采用分支定界方法作為優(yōu)化方法。設(shè)計多個計算實例,通過與其他方法的比較,驗證集成設(shè)計方法的有效性。
　　 3.提出避免死鎖的多屬性任務(wù)調(diào)度方法。任務(wù)調(diào)度是物流系統(tǒng)管理控制方面的重要問題。針對RMHS快速多變,需要較高成本經(jīng)濟效益的特點,提出避免死鎖的多屬性任務(wù)調(diào)度方法。為了綜合系統(tǒng)多方面的影響,采

9、用多屬性的調(diào)度方法。選擇距離、輸入輸出緩沖區(qū)狀態(tài)作為調(diào)度的屬性。根據(jù)系統(tǒng)的加工和搬運資源,確定各個屬性的權(quán)值。為了確保系統(tǒng)無死鎖,在多屬性任務(wù)調(diào)度過程中,加入基于剩余容量的死鎖避免策略。該方法能夠綜合考慮系統(tǒng)多方面因素的影響,確保系統(tǒng)無死鎖運行。通過多個仿真實例,說明了死鎖避免策略能確保系統(tǒng)無死鎖,多屬性調(diào)度方法優(yōu)于幾種常用的調(diào)度方法。
　　 4.結(jié)合多agent和離散事件仿真技術(shù),設(shè)計并實現(xiàn)了RMHS的任務(wù)調(diào)度仿真系統(tǒng)。針對R