基于信息素和多Agent协商的柔性路径下跨单元调度方法

论文摘要

为了缩短交货时间、减少库存量、降低生产成本、提高产品质量,单元制造系统应运而生。而调度问题是单元制造系统高效运行的关键问题之一。在实际生产中,由于产品日益多样化且单元内生产能力有限,并且考虑到生产经济学、预算以及空间限制等原因,不可避免地存在工件需要跨单元协作完成的情况,本文把这种工件称为特殊工件。由于特殊工件的存在导致单元间需协作集成考虑生产计划,协同安排工件的加工路径,在这种情况下产生了跨单元调度问题（inter-cell scheduling）。本文在分析了国内外相关研究成果及其发展现状的基础上,结合制造企业的生产实际,针对单元制造系统中需要多个单元协作完成的特殊工件,提出柔性路径下跨作业（job shop）单元的特殊工件调度方法。基于多Agent对单元制造系统建立模型,结合柔性路径的特点,提出了冗余单元的概念。基于蚁群优化算法中信息素的思想,建立了多Agent之间的协商机制。同时通过建立Agent联盟,减少通信量的同时增强系统的鲁棒性和调度优化的全局性。本文主要从以下四个方面做出了创新:考虑了柔性路径下的跨单元调度问题;考虑工件随机动态到来的情况;考虑了减小特殊工件的跨单元次数;考虑了分布式解的优化。另外根据目前的文献检索情况,本文是第一篇将Multi-Agent方法应用于跨单元调度问题的文献。最后,进行了PBA算法的理论分析和仿真实验对于PBA算法的性能验证,实验结果表明,与常见的组合调度规则相比,本文提出的方法在平均工件流动时间,最大完工时间、平均延迟、延迟工件率和平均跨单元率等性能指标上具有显著优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本论文研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 单元制造系统的概述
• 1.2.2 单元调度的研究现状
• 1.2.3 柔性路径问题的研究现状
• 1.2.4 多Agent 的综述
• 1.3 课题来源和研究内容
• 1.4 论文结构
• 1.5 本章小结
• 第2章 跨单元调度问题的分析
• 2.1 问题分析
• 2.1.1 问题描述
• 2.1.2 用例分析
• 2.2 符号定义
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于信息素的多 Agent 协商调度算法的解决方案
• 3.1 引言
• 3.2 多 Agent 协商模型
• 3.2.1 工件Agent
• 3.2.2 单元Agent
• 3.2.3 机器Agent
• 3.2.4 管理Agent
• 3.3 协商过程
• 3.3.1 协商过程中提出的定义和定理
• 3.3.2 工件决策跨单元路径
• 3.3.3 机器决策工件的执行顺序
• 3.4 信息素的计算
• 3.4.1 工件选择路径
• 3.4.2 工件排序
• 3.4.3 算法时间复杂度分析
• 3.3.4 算法优越性的理论分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 仿真实验的设计与结果分析
• 4.1 实验设计
• 4.1.1 仿真环境设计
• 4.1.2 对比实验设计
• 4.2 实验参数设置
• 4.3 实验结果分析
• 4.3.1 平均工件流动时间
• 4.3.2 最大完工时间
• 4.3.3 平均延迟
• 4.3.4 延迟工件率
• 4.3.5 平均跨单元率
• 4.3.6 整体性能
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单
• 致谢