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基于多Agent的可集成制造执行系统(I-MES)关键技术研究

曹春平  
【摘要】: 21世纪的制造业处于一个不断变化的市场环境中,市场竞争同趋激烈,并呈全球化、多方位、多元化趋势,企业要想在激烈的市场竞争中立于不败之地,必须具备对环境变化的快速适应能力和创新能力,即具有敏捷性。制造执行系统作为计划管理和底层设备控制的中间桥梁,是提高企业敏捷性的关键因素。针对敏捷环境下传统制造执行系统的缺点和不足,本文基于多代理技术,构建了一个基于多代理具有开放性、集成性、动态性、敏捷性和可互操作的可集成制造执行系统,并对其关键技术进行了研究。 本文以离散制造企业为应用背景,提出了一种面向敏捷制造的可集成制造执行系统功能模型,为设计和实现基于多Agent的可集成制造执行系统控制结构提供了依据;在分析了制造企业现有控制结构特点的基础上,提出了一种基于多Agent的混合递阶分布控制结构模型,并给出了一种通用的制造Agent结构模型,以及Agent的工作流程;提出了一种基于Windows DNA的可集成制造执行系统三层体系结构模型,研究了可集成制造执行系统与ERP系统与底层设备控制系统的集成机制,并实现了原型系统。 在归纳和总结了当前制造系统建模方法的基础上,针对UML和Petri网建模特点,提出了一种UML-PNs集成建模方法,对敏捷制造环境下I-MES行为提供支持。给出了集成建模策略,并建立了从UML至Petri网映射规则。该建模方法既可以有效的描述系统,又具有严密的分析能力和系统仿真能力。并以一个简单的零件组装为例,详细介绍了UML-PNs建模过程,给出了系统用例图、对象类图、交互图和行为图,以及I-MES的Petri网模型。 分析了车间调度技术国内外研究状况和发展趋势,沿用过程型MASS调度策略,设计了一种解决车间动静态调度问题的遗传算法,并将其封装到调度Agent内,通过Agent之间交互完成车间动态调度过程。给出了调度Agent的具体结构,并以一个标准6×6调度问题为例验证了该方法的有效性。 针对可集成制造执行系统最常见的资源冲突问题,提出了一种基于多Agent合作的冲突消解模型,从冲突管理的全生命周期角度,详细研究了冲突检测、冲突分析、冲突消解等问题,提出了一种基于PERT/CPM的冲突分析方法,对各种资源冲突进行分类,并建立了相应的冲突消解策略及基于KQML的冲突消解规则。 研究了可集成制造执行系统中Agent之间协商机制,通信机制,并以调度问题为例,研究了Agent之间传递消息的结构、格式及内容描述。


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