FMS物流系统建模、仿真及实时调度优化

论文摘要

现代生产系统向着柔性化、高效化的方向发展,即柔性制造系统（FMS）。FMS的生产物流系统的效率是整个FMS效率提高的关键环节,所以对FMS物流系统的流程控制进行分析,调度过程进行优化是FMS系统研究及应用的前提。本文研究以提高系统的效率为目标,从系统建模到调度优化,并由仿真程序对模型和调度结果进行验证。首先采用面向对象的着色Petri Net对FMS物流系统进行建模,在建模中把FMS基本设备划分为五大类：工件类、刀具类、机床类、AGV运输类、仓库类。并融入系统数据的实时加载：以工件类为主体对象,读取加工工艺文件形成系统运行的任务数据来源。通过类间接口与数据通信实现各类的集成,用“映射”思想为一个实际的生产系统建立起网络模型,形成一个有效的FMS模型。然后在模型的基础上,采用面向对象的软件VC++设计FMS的仿真程序。程序设计是以模型的分类划分、流程控制等思想为依据,也采用“映射”的方法建立程序的数据结构及类文件,由上层的接口及通信文件实现程序的集成,并用模块化的设计方法在基本程序外融入数据库模块、显示模块等,最终形成一个有机的系统仿真。在FMS物流系统的实时调度优化方面,分别从不同的环节进行优化：基于规则的机床待加工队列静态优化,本文是以不同工序号加工任务最小工序优先、同工序任务最小加工时间优先的原则对机床队列进行的排序优化；基于粒子群算法的AGV待运输队列动态优化,针对粒子群算法的思想在本课题的应用,本文使用三维编码、提出先解码再查表进行计算目标函数以及浮动的目标函数的思想,对基本算法进行了改进与扩展,完成对AGV的运输任务实时优化。最后将调度优化思想融入到模型中,并开发出相应的仿真程序及调度模块,通过实时运行的假定加工任务数据,验证了实时调度优化后系统的任务完成时间有明显缩短,提高了系统效率。由于整个系统的模型设计和仿真程序设计采用面向对象的思想及模块化的设计思路,模型和程序的可移植性、可扩展性都极强,且调度算法部分可替换性强,为以后的进一步开发与设计提供了良好的平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 柔性制造系统与生产物流系统
• 1.1.1 柔性制造系统（FMS）
• 1.1.2 现代生产物流系统
• 1.1.3 生产物流发展近况
• 1.1.4 FMS的物流控制
• 1.2 FMS的建模与调度优化
• 1.2.1 常用的FMS建模方法
• 1.2.2 Petri Net在FMS建模中的应用
• 1.2.3 FMS调度的研究
• 1.2.4 调度优化算法分析
• 1.3 课题的研究目的与内容
• 1.3.1 课题研究目的
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.3.3 论文内容安排
• 2 FMS物流系统及其建模与调度理论
• 2.1 FMS物流系统
• 2.1.1 FMS的定义及组成
• 2.1.2 FMS物流过程分析
• 2.2 PETRI网的建模理论
• 2.2.1 基本Petri Net简介
• 2.2.2 扩展Petri Net简介
• 2.2.3 面向对象的着色Petri Net
• 2.2.4 Petri网在FMS中的应用
• 2.3 FMS物流系统工作流程调度
• 2.3.1 FMS的调度与控制
• 2.3.2 粒子群调度算法
• 2.3.3 粒子群算法的应用
• 2.4 本章小结
• 3 FMS物流系统的建模
• 3.1 所研究的物理系统组成
• 3.2 FMS系统PETTI网模型的建立
• 3.2.1 建模规划和建模思想
• 3.2.2 系统各对象子网模型的建立
• 3.2.3 系统子网的集成
• 3.3 工件流与刀具流分析
• 3.3.1 工件流及其控制
• 3.3.2 刀具流及其控制
• 3.3.3 两种信息流的区别与联系
• 3.4 本章小结
• 4 FMS物流系统实时调度及优化
• 4.1 FMS物流系统实时调度
• 4.2 动态调度文件的实时加载
• 4.2.1 数据来源
• 4.2.2 加载流程
• 4.2.3 加载格式
• 4.3 静态实时调度优化
• 4.3.1 机床待加工任务调度
• 4.3.2 机床输入缓冲区待加工队列优化方法
• 4.3.3 静态实时优化评价
• 4.4 动态实时调度优化
• 4.4.1 AGV待运输队列调度
• 4.4.2 粒子群算法用于FMS的AGV任务调度优化
• 4.4.3 粒子群动态优化的算法实现
• 4.4.4 动态实时优化评价
• 4.5 本章小结
• 5 FMS物流系统仿真软件设计
• 5.1 仿真软件及设计思想
• 5.2 FMS模型到软件程序的映射
• 5.2.1 Petri网到程序的映射
• 5.2.2 各子网软件模块的设计
• 5.2.3 仿真软件模块化的集成
• 5.2.4 人机界面的设计
• 5.3 FMS物流流程的实时调度文件仿真
• 5.4 优化算法的仿真软件实现
• 5.4.1 静态优化的算法实现及结果
• 5.4.2 动态优化的算法实现及结果
• 5.4.3 静态与动态优化算法仿真设计的区别与联系
• 5.5 实例
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 参编教材