第 1 章 多智能體制造系統(tǒng)理念及框架 ................................................................................ 001
1.1 多智能體制造系統(tǒng)概述 ........................................................................................... 001
1.2 先進(jìn)制造系統(tǒng)分類 ................................................................................................... 003
1.2.1 集成制造系統(tǒng) ............................................................................................... 003
1.2.2 敏捷制造系統(tǒng) ............................................................................................... 004
1.2.3 智能制造系統(tǒng) ............................................................................................... 004
1.3 Holon 與 Agent ......................................................................................................... 006
1.3.1 Holon 及 HMS .............................................................................................. 006
1.3.2 Agent 及 MAMS ........................................................................................... 010
1.4 本書研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 ....................................................................................... 016
1.5 本章小結(jié) ................................................................................................................... 019
第 2 章 基于物聯(lián)技術(shù)的多智能體制造系統(tǒng)組織架構(gòu) ........................................................ 020
2.1 車間物聯(lián)架構(gòu) ........................................................................................................... 020
2.1.1 制造系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)發(fā)展過程 ....................................................................... 020
2.1.2 物聯(lián)調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................................... 022
2.2 面向制造資源的 Agent 結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì) ................................................................... 024
2.2.1 Agent 的基本特性 ........................................................................................ 024
2.2.2 Agent 的映射方式 ........................................................................................ 025
2.2.3 Agent 的基本結(jié)構(gòu) ........................................................................................ 026
2.2.4 Agent 結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì) .................................................................................... 028
2.3 MAS 組織架構(gòu)與協(xié)商方式 ..................................................................................... 030
2.3.1 MAS 基本組織結(jié)構(gòu) ..................................................................................... 031
2.3.2 MAS 協(xié)商機(jī)制概述 ..................................................................................... 032
2.3.3 MAS 組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..................................................................................... 035
基于物聯(lián)技術(shù)的多智能體制造系統(tǒng)
VI
2.3.4 Agent 邏輯模塊 ............................................................................................ 037
2.4 物聯(lián)制造系統(tǒng)組織架構(gòu) ........................................................................................... 040
2.4.1 物聯(lián)技術(shù)概述 ............................................................................................... 040
2.4.2 物聯(lián)制造車間的特點(diǎn) ................................................................................... 043
2.4.3 物聯(lián)環(huán)境下多源信息采集 ........................................................................... 044
2.4.4 物聯(lián)制造車間的總體架構(gòu) ........................................................................... 046
2.4.5 物聯(lián)制造車間的物理架構(gòu) ........................................................................... 048
2.4.6 物聯(lián)制造軟件系統(tǒng)總體框架 ....................................................................... 050
2.5 本章小結(jié) ................................................................................................................... 052
第 3 章 面向異構(gòu)制造裝備的智能體集成技術(shù) .................................................................... 053
3.1 異構(gòu)制造裝備智能體集成 ....................................................................................... 053
3.1.1 異構(gòu)制造裝備集成過程中的問題分析 ....................................................... 053
3.1.2 裝備智能化需求分析 ................................................................................... 055
3.1.3 異構(gòu)系統(tǒng)接口統(tǒng)一軟硬件基礎(chǔ) ................................................................... 056
3.2 裝備智能體構(gòu)建方法 ................................................................................................. 059
3.2.1 裝備智能體體系結(jié)構(gòu) ................................................................................... 059
3.2.2 裝備智能體功能模塊 ................................................................................... 061
3.2.3 裝備智能體間信息傳遞 ............................................................................... 064
3.2.4 接口統(tǒng)一方案模型設(shè)計(jì) ............................................................................... 069
3.3 裝備智能體適配器的構(gòu)建方法 ............................................................................... 071
3.3.1 適配器構(gòu)建目的 ........................................................................................... 072
3.3.2 數(shù)控系統(tǒng)概述 ............................................................................................... 073
3.3.3 常見的數(shù)控系統(tǒng)通信協(xié)議 ........................................................................... 074
3.3.4 適配器基本結(jié)構(gòu) ........................................................................................... 075
3.3.5 適配器的工作過程 ....................................................................................... 078
3.3.6 統(tǒng)一接口設(shè)計(jì)模式 ....................................................................................... 079
3.3.7 基于橋接模式的統(tǒng)一接口實(shí)現(xiàn) ................................................................... 081
3.3.8 基于 SIEMENS 數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)建適配器 ........................................................ 082
3.3.9 基于 FANUC 數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)建適配器 ............................................................ 087
3.4 本章小結(jié) ................................................................................................................... 090
第 4 章 面向異構(gòu)裝備智能體的信息交互技術(shù) .................................................................... 091
4.1 物聯(lián)制造車間通信機(jī)制 ........................................................................................... 091
4.1.1 物聯(lián)制造車間通信協(xié)議 ............................................................................... 092
4.1.2 工件信息傳輸 ............................................................................................... 097
4.1.3 通信數(shù)據(jù)格式定義 ....................................................................................... 098
4.1.4 消息隊(duì)列機(jī)制的構(gòu)建 ................................................................................... 099
4.2 裝備智能體間的信息交互技術(shù) ............................................................................... 102
4.2.1 正常運(yùn)行狀態(tài)交互模型 ............................................................................... 105
4.2.2 擾動狀態(tài)交互機(jī)制 ....................................................................................... 109
4.2.3 基于 RFID 技術(shù)的工件信息流 .....................................................................112
4.2.4 基于 RFID 技術(shù)的工序物流和地圖定位 .....................................................114
4.2.5 加工過程裝備控制信息流 ............................................................................119
4.2.6 加工過程裝備監(jiān)測信息流 ........................................................................... 121
4.3 本章小結(jié) ................................................................................................................... 122
第 5 章 多智能體環(huán)境下的智能物流調(diào)度技術(shù) .................................................................... 123
5.1 物流沖突管理 ........................................................................................................... 123
5.1.1 沖突類型分類 ............................................................................................... 124
5.1.2 沖突解決策略 ............................................................................................... 125
5.1.3 沖突協(xié)商策略 ............................................................................................... 126
5.2 路徑規(guī)劃方法 ........................................................................................................... 130
5.2.1 Floyd 算法 ..................................................................................................... 130
5.2.2 Dijkstra 算法 ................................................................................................. 132
5.2.3 改進(jìn)的 Dijkstra 算法和 Floyd 算法 ............................................................. 133
5.2.4 離線—在線兩階段路徑規(guī)劃方法 ............................................................... 134
5.3 智能物流調(diào)度模型 ................................................................................................... 136
5.3.1 串聯(lián)區(qū)域控制模型的不足 ........................................................................... 136
5.3.2 基于混合區(qū)域控制模型的車間路徑布局 ................................................... 137
5.3.3 智能物流調(diào)度數(shù)學(xué)模型 ............................................................................... 139
5.3.4 智能調(diào)度優(yōu)化模型 ....................................................................................... 140
5.4 本章小結(jié) ................................................................................................................... 142
第 6 章 基于多智能體制造系統(tǒng)的車間調(diào)度優(yōu)化方法 ........................................................ 143
6.1 柔性作業(yè)車間調(diào)度問題概述 ................................................................................... 143
6.1.1 柔性作業(yè)車間調(diào)度問題的提出原因 ........................................................... 143
6.1.2 調(diào)度結(jié)果表示方法 ....................................................................................... 145
基于物聯(lián)技術(shù)的多智能體制造系統(tǒng)
6.1.3 傳統(tǒng)車間調(diào)度方法的不足 ........................................................................... 146
6.2 面向低碳的車間多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型 ................................................................... 148
6.2.1 多目標(biāo)優(yōu)化方法 ........................................................................................... 148
6.2.2 車間能耗分析 ............................................................................................... 149
6.2.3 基于設(shè)備狀態(tài)—能耗曲線的車間能量模型 ............................................... 149
6.2.4 面向低碳的車間多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型 ............................................... 151
6.3 基于多智能體制造系統(tǒng)的車間調(diào)度算法 ............................................................... 154
6.3.1 基于模糊綜合評價(jià)的訂單排序規(guī)則 ........................................................... 154
6.3.2 傳統(tǒng)合同網(wǎng)協(xié)議的不足 ............................................................................... 157
6.3.3 考慮任務(wù)優(yōu)先級的多智能體制造系統(tǒng)協(xié)商機(jī)制 ....................................... 162
6.3.4 擾動事件處理機(jī)制 ....................................................................................... 165
6.4 基于調(diào)度知識的自學(xué)習(xí)調(diào)度決策機(jī)制 ................................................................... 170
6.4.1 Agent 調(diào)度決策過程的強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型 ........................................................ 170
6.4.2 Agent 調(diào)度策略自學(xué)習(xí)算法 ........................................................................ 174
6.4.3 基于 CB 的自學(xué)習(xí)調(diào)度決策機(jī)制 ................................................................ 176
6.5 本章小結(jié) ................................................................................................................... 178
第 7 章 物聯(lián)制造系統(tǒng)可視化監(jiān)控技術(shù) ................................................................................ 179
7.1 基于 3DS MAX 的三維建模技術(shù) ............................................................................ 179
7.1.1 3DS MAX 簡介 ............................................................................................ 179
7.1.2 3DS MAX 建模步驟 ..................................................................................... 180
7.1.3 三維模型優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù) ............................................................................... 181
7.1.4 基于 DOP 的二叉樹層次優(yōu)化算法的場景模型優(yōu)化 ................................. 182
7.1.5 三維場景模型及格式化輸出 ....................................................................... 183
7.2 Unity 3D 簡介及場景環(huán)境構(gòu)建 ............................................................................... 185
7.2.1 Unity 3D 簡介 ............................................................................................... 185
7.2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的場景環(huán)境構(gòu)建 ........................................................................... 186
7.3 物聯(lián)制造車間的介入式三維可視化系統(tǒng) ............................................................... 188
7.3.1 物聯(lián)制造車間特點(diǎn)分析 ............................................................................... 188
7.3.2 系統(tǒng)需求分析 ............................................................................................... 189
7.3.3 物聯(lián)制造車間的介入式三維可視化監(jiān)控系統(tǒng)體系框架 ........................... 189
7.3.4 物聯(lián)制造車間的介入式三維可視化監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu) ........................... 191
7.3.5 物聯(lián)制造車間的介入式三維可視化監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行模式 ........................... 193
7.3.6 物聯(lián)制造車間的介入式三維可視化監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ................... 194
7.4 監(jiān)控系統(tǒng)信息集成與處理技術(shù) ............................................................................... 196
7.4.1 設(shè)備監(jiān)控模型構(gòu)建 ....................................................................................... 196
7.4.2 監(jiān)控系統(tǒng)信息感知 ....................................................................................... 198
7.4.3 監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸 ................................................................................... 199
7.4.4 基于 E-R-T 模型的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建模技術(shù) ................................................... 202
7.5 監(jiān)控系統(tǒng)信息交互技術(shù) ........................................................................................... 205
7.5.1 監(jiān)控系統(tǒng)中的模型動態(tài)行為 ....................................................................... 205
7.5.2 監(jiān)控系統(tǒng)中人機(jī)交互方式設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ....................................................... 213
7.6 原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ............................................................................................... 220
7.6.1 原型系統(tǒng)開發(fā)流程 ....................................................................................... 220
7.6.2 物聯(lián)制造車間仿真平臺 ............................................................................... 221
7.6.3 開發(fā)環(huán)境搭建 ............................................................................................... 225
7.6.4 仿真平臺的介入式三維可視化監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā) ........................................... 230
7.7 本章小結(jié) ................................................................................................................... 235
第 8 章 基于多智能體制造系統(tǒng)的混線生產(chǎn)調(diào)度案例分析 ................................................ 236
8.1 混線生產(chǎn)調(diào)度問題 ................................................................................................... 236
8.1.1 混線生產(chǎn)約束 ............................................................................................... 237
8.1.2 組合加工約束 ............................................................................................... 237
8.1.3 實(shí)驗(yàn)算例設(shè)計(jì) ............................................................................................... 238
8.2 調(diào)度策略自學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn) ............................................................................................... 240
8.2.1 可行性實(shí)驗(yàn)分析 ........................................................................................... 241
8.2.2 優(yōu)越性實(shí)驗(yàn)分析 ........................................................................................... 242
8.3 動態(tài)擾動下混線生產(chǎn)調(diào)度實(shí)驗(yàn) ............................................................................... 247
8.3.1 機(jī)器故障下調(diào)度實(shí)驗(yàn) ................................................................................... 247
8.3.2 普通訂單擾動下調(diào)度實(shí)驗(yàn) ........................................................................... 253
8.3.3 緊急訂單擾動下調(diào)度實(shí)驗(yàn) ........................................................................... 256
8.4 組合加工案例實(shí)驗(yàn) ................................................................................................... 259
8.4.1 組合加工案例分析 ....................................................................................... 259
8.4.2 自學(xué)習(xí)調(diào)度決策機(jī)制 ................................................................................... 262
8.4.3 多擾動事件下調(diào)度決策機(jī)制 ....................................................................... 263
8.5 本章小結(jié) ................................................................................................................... 266
基于物聯(lián)技術(shù)的多智能體制造系統(tǒng)
第 9 章 面向個(gè)性化定制的多智能體制造系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度案例分析 .................................... 267
9.1 個(gè)性化訂單系統(tǒng) ....................................................................................................... 267
9.1.1 個(gè)性化訂單系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā) ....................................................................... 267
9.1.2 個(gè)性化訂單系統(tǒng)架構(gòu)及功能模塊設(shè)計(jì) ....................................................... 269
9.2 智能調(diào)度系統(tǒng)構(gòu)架搭建實(shí)例 ................................................................................... 276
9.2.1 智能調(diào)度系統(tǒng)框架搭建 ............................................................................... 276
9.2.2 多智能體系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境搭建 ....................................................................... 281
9.3 多智能體制造系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度問題 ........................................................................... 286
9.3.1 問題描述 ....................................................................................................... 286
9.3.2 實(shí)驗(yàn)算例設(shè)計(jì) ............................................................................................... 287
9.4 多智能體系統(tǒng)動態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)度實(shí)驗(yàn) ........................................................................... 289
9.4.1 無擾動實(shí)驗(yàn) ................................................................................................... 289
9.4.2 緊急訂單擾動實(shí)驗(yàn) ....................................................................................... 290
9.4.3 機(jī)床故障擾動實(shí)驗(yàn) ....................................................................................... 291
9.4.4 訂單優(yōu)先級調(diào)整擾動實(shí)驗(yàn) ........................................................................... 292
9.5 本章小結(jié) ................................................................................................................... 294