基于Petri网的可重构制造系统建模和调度研究

论文摘要

可重构制造是众多先进生产制造模式中的一种,它以快速的应变能力、较低的生产费用和重构费用,为广大学者和企业所认可。现代企业生产中,订单任务的频繁变化、新的生产线的建造和改进,要求企业做出及时的应变和调整。因此研究可重构制造的建模技术和调度问题,对指导企业规划具有重要的意义。论文针对可重构制造车间的建模问题,研究了可重构车间系统分解、功能集成、设备重构、模块化设计,组件化结构的特点,通过对车间资源的分类及描述,提出了将可重构车间的制造资源抽象为普通模块,可移动模块和可变结构模块的思想,讨论了模块的具体功能划分,引入Petri建模方法,建立了可重构制造车间的的ESPN模型和GSPN模型,运用ESPN的分析方法,获得可重构车间模型中的瓶颈工位加工时间、可移动设备台数、Rump-up时间及混流比对稳定概率和生产率的影响,通过对两种可重构车间模型的性能分析,表明基于ESPN的重构车间模型具有真实性和稳定性好的特点,为可重构制造企业的规划和生产线改造提供参考依据。研究了重构车间的生产工艺过程,根据实际可重构装配线的物理布局和各加工工序的特点,将装配线按次序抽象为具有不同工艺特征工序,对于每一道工序及其加工设备采用ESPN基本建模模块进行形式化的表示得到系统子网,在分析调度任务、目标函数、以及相关约束条件的基础上,建立了可重构制造车间调度ESPN模型。采用遗传算法思想,设计了染色体编码以及选择、交叉、变异等遗传操作算子,编制了基于ESPN的重构车间的遗传调度算法,对某电机制造企业的生产过程进行了仿真调度实验,获得了良好的调度结果,验证了算法的有效性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 先进制造系统发展现状
• 1.2 可重构建模和调度研究现状
• 1.2.1 基于Petri网的可重构建模和调度研究现状
• 1.2.2 可重构建模和调度研究存在的问题
• 1.3 研究背景及意义
• 1.3.1 研究背景
• 1.3.2 研究意义
• 1.4 本文的研究内容
• 2 可重构制造及基于PETRI网的实现方法
• 2.1 可重构制造系统概念
• 2.1.1 可重构制造系统的定义
• 2.1.2 可重构制造系统的分类
• 2.1.3 可重构制造系统的特点
• 2.2 PETRI网定义及类型
• 2.2.1 Petri网定义
• 2.2.2 Petri网类型
• 2.2.3 Petri网特点
• 2.3 PETRI网应用
• 2.3.1 Petri网一般应用
• 2.3.2 Petri网在可重构制造中的应用
• 2.4 本章小结
• 3 可重构制造车间建模及性能分析
• 3.1 可重构车间特点及组成
• 3.1.1 可重构车间特点
• 3.1.2 可重构车间组成
• 3.2 基于ESPN的重构车间建模
• 3.2.1 资源子网描述
• 3.2.2 建模方法
• 3.2.3 重构车间模型建立
• 3.3 ESPN车间模型的性能分析
• 3.3.1 ESPN性能分析方法
• 3.3.2 ESPN性能分析步骤
• 3.4 ESPN车间模型性能分析结果
• 3.4.1 基于行为表达式的计算
• 3.4.2 ESPN系统性能分析结果
• 3.5 基于GSPN的重构车间建模及性能分析
• 3.5.1 GSPN模型建立
• 3.5.2 GSPN性能分析
• 3.6 ESPN和GSPN性能分析结果比较
• 3.7 本章小结
• 4 基于ESPN的可重构车间调度研究
• 4.1 车间调度定义及研究内容
• 4.1.1 车间调度定义
• 4.1.2 车间调度处理机
• 4.1.3 车间调度任务
• 4.2 基于ESPN调度模型设计
• 4.2.1 可重构车间调度ESPN建模方法
• 4.2.2 调度模型基本模块
• 4.2.3 调度模型建立
• 4.3 基于ESPN可重构调度算法
• 4.3.1 遗传算法定义、特点及步骤
• 4.3.2 基于遗传算法的ESPN可重构调度算法设计
• 4.3.3 调度算法特点
• 4.3.4 调度算法参数定义
• 4.4 调度算法实例实现及结果分析
• 4.4.1 问题描述
• 4.4.2 适应度函数
• 4.4.3 调度实例模型
• 4.4.4 计算结果及分析
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文及参与项目