基于资源配置的制造装配系统优化调度方法研究

以往对制造系统从组建，路径优化，控制到调度的研究几乎是独立进行的，导致所设计的系统难以控制调度，且控制与调度策略也不能直接同时应用于实际系统。本项目将建立制造装配系统构建,控制和调度的系统化、一体化研究方法。基于系统Petri网模型，研究系统最优控制和调度策略的综合方法，特别是研究建立具有多项式时间计算复杂性的最优活性控制调度及其具有这种控制调度的系统结构特征，建立从控制调度到系统重构与路径优化的反馈机制，构建整体性能最优的制造装配系统。建立控制约束与系统控制不变量之间的关系,以及将控制约束化为调度约束的方法。将控制约束融于调度约束之中，建立控制调度问题的统一数学优化模型及其求解方法。建立判断系统状态安全性与调度的控制可行性的方法，以及将不可行调度转化为可行调度的方法，通过智能算法建立系统活性调度策略。本研究将对于推动制造系统自动化理论的深入研究与发展，解决制造系统的实际问题都有重要意义。

为满足生产需求并使效益极大化，人们对制造系统从构建、控制到调度等各方面进行了广泛深入地研究，其目标都是协调共享资源的分配，优化系统整体性能。对同一系统施加的各种约束应该功能一致，易于实现并利于其它约束的实现。而以往对各方面的研究几乎是独立进行的，导致所设计的系统难以控制、调度，或控制与调度策略难以同时应用于系统。本项目基于Petri 网(P-网)模型，开展制造系统活性控制和调度综合方法以及系统设计、控制与调度问题的集成化方法研究。所开展的主要工作如下：一、建立了导致制造系统死锁的两类Petri网结构特征，极大完备资源变迁回路（MPC）和严格极小Siphon（SMS），之间的一一对应关系以及相互转换方法，进而建立了基于不同结构的控制策略之间的相互转化方法。提出了一种列举所有MPC或SMS新方法，其复杂性与MPC个数成线性关系, 这也大大降低了基于MPC或SMS设计死锁控制器的复杂性；二、为设计结构简单的活性P-网控制器，提出了变迁覆盖的概念，它是MPC的子集。通过对其中每个MPC施加一个控制位置，建立了一种死锁控制器的设计新方法。所得控制器的结构、性能与基于基本siphon的控制器相同。由于存在非有效变迁覆盖，从它们无法设计死锁控制器，项目提出了一个判断变迁覆盖有效性，并将非有效转换为有效覆盖的方法，证明了有效变迁覆盖的存在性。变迁覆盖与基本Siphon对应，故也就给出了基于基本siphon方法设计控制器所需的合适基本siphon的计算方法；三、通过将基于P-网的活性控制策略嵌入到遗传算法之中，提出了一种无死锁智能调度算法。将调度问题的一个可能解编码为染色体，通过控制约束来校正染色体的可行性。可行染色体能容易的被解码成为一个可行的无死锁调度。验证染色体可行性一般是困难的。基于最优控制策略，提出了一种一步向前看的染色体可行性检测与校正方法。通过它既能检测染色体是否可行，又能将不可行染色体修正成为可行染色体。项目同时基于不同智能优化算法，提出了各种活性调度策略的计算方法。这种通过将控制策略嵌入智能算法建立起的集成优化框架，为将控制应用到实际系统，建立系统一体化研究方法奠定了基础；四、基于制造装配系统的P-网模型，给出了引起系统死锁的结构和系统为活的条件，提出了一种活性控制器综合方法。本项目对推动制造系统从构建到控制调度一体化研究，解决制造系统的实际问题都有重要意义。