柔性裝配系統(tǒng)的規(guī)劃和建模方法研究.pdf

1、柔性裝配系統(tǒng)(FAS)是柔性制造系統(tǒng)(FMS)中的重要組成部分和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率有重要的影響。裝配系統(tǒng)的柔性化可以使制造企業(yè)更好地適應市場和用戶的快速變化的需求。本文針對產(chǎn)品裝配序列規(guī)劃、裝配任務在裝配執(zhí)行系統(tǒng)中的分配、柔性裝配系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和裝配任務執(zhí)行過程建模與驗證等四個方面進行了研究，具體如下： 1、裝配順序規(guī)劃裝配順序規(guī)劃對于柔性裝配系統(tǒng)的裝配方案的可行性和優(yōu)化性方面有重要影響。論文提出了一種以模擬退火遺

2、傳算法解決裝配順序規(guī)劃的方法，首先在裝配對象之間關(guān)系的表達、零件裝配順序的染色體表示、裝配中約束的分類方法方面進行了研究，并提出應該將不同類型的約束在模擬退火遺傳算法的不同階段予以考慮，從而針對裝配零件順序規(guī)劃和優(yōu)化中的具體要求，對模擬退火遺傳算法作了改進，在傳統(tǒng)的遺傳算法步驟中增加了一個靜態(tài)約束檢測步驟，這樣，既減小了無效的搜索空間，又增加了染色體的多樣性，從而提高了算法的效率，增加了優(yōu)化結(jié)果的可靠性。 2、柔性裝配系統(tǒng)的體系

3、結(jié)構(gòu)提出了基于FSMAS的柔性裝配控制系統(tǒng)。根據(jù)功能結(jié)構(gòu)將柔性裝配系統(tǒng)分成幾個大的組成部分，每個部分用一個Agent聯(lián)邦進行建模，聯(lián)邦內(nèi)部由一個調(diào)度Agent和若干個普通Agent組成。對系統(tǒng)中的Agent進行了構(gòu)造，描述了不同Agent在系統(tǒng)中的角色、任務和內(nèi)容。系統(tǒng)中的各Agent之間的分工合作是以調(diào)度Agent為中心，通過“投標/仲裁”和“指派/執(zhí)行”兩種機制來配合實現(xiàn)的。該系統(tǒng)具有如下的有點：1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)呈層次化；2)系統(tǒng)的任務

4、分解執(zhí)行；3)系統(tǒng)的運行的智能化；4)系統(tǒng)魯棒性好，系統(tǒng)中的擾動可以被局部的Agent消化處理，當裝配任務發(fā)生變化時，系統(tǒng)能夠較快地適應完成，因而系統(tǒng)具有較好的柔性。 3、柔性裝配系統(tǒng)的任務分配柔性裝配系統(tǒng)的任務分配是確定具體完成各裝配任務的設備以及各設備完成各項任務的順序，對于柔性裝配系統(tǒng)(FAS)的裝配任務執(zhí)行的可行性和優(yōu)化性方面起著重要作用。它是大規(guī)模強約束問題，是NP難題。本文提出了一種將基于延時Petri網(wǎng)(TTPN)

5、的裝配過程仿真與基于遺傳算法(GA)的優(yōu)化相結(jié)合的任務分配方案求解方法。在該方法中，GA中使用的染色體是由TTPN模型中的部分選擇庫所名稱排列而成，每個染色體都代表一種任務分配方案。遺傳操作包括選擇、交叉、變異三種類型；利用基于TTPN的裝配過程模型進行仿真，得到每個染色體相對應的裝配時間，進而將裝配時間通過適應度函數(shù)轉(zhuǎn)化為適應度。本文用延時Petri網(wǎng)(TTPN)建立的FAS模型不僅包含基于聯(lián)結(jié)約束和幾何約束的裝配順序信息，還包含了裝

6、配設備和裝配任務之間的約束信息從而保證了任務分配的結(jié)果能夠滿足上述約束。其中提出了以下子問題的解決方法： 1)提出了由裝配順序建立基本裝配順序Petri網(wǎng)的方法； 2)提出了元裝配的概念，圍繞著實現(xiàn)元裝配這個目標，進行動態(tài)裝配資源配置，并建立了元裝配設備配置表； 3)提出了用設備能力對裝配順序Petri網(wǎng)進行拓展，形成了拓展了的裝配順序Petri網(wǎng)，使其具有了描述時間和裝配設備配置方案的能力。 4)提出了

7、將遺傳算法和時延Petri網(wǎng)方法結(jié)合起來，進行柔性裝配系統(tǒng)的柔性裝配系統(tǒng)任務分配方法。利用遺傳算法的全局自動尋優(yōu)的功能，對拓展了的裝配順序Petri網(wǎng)進行優(yōu)化，實現(xiàn)了系統(tǒng)任務優(yōu)化分配的目的。 該方法融合了Petri網(wǎng)和GA的各自優(yōu)點，較好地解決了FAS中的裝配建模和裝配任務分配優(yōu)化的問題，為FAS的裝配任務的自動分配提供技術(shù)支持。 4、裝配過程的建模FAS的任務執(zhí)行是由多聯(lián)邦多設備相互協(xié)作而進行的并行、離散、異步過程。聯(lián)

8、邦與聯(lián)邦之間、設備與設備之間既要能夠相對獨立地完成屬于自己的任務，又要能夠彼此之間的保持適當?shù)膮f(xié)調(diào)關(guān)系，因此對執(zhí)行任務過程進行建模驗證是必要的。同時，裝配任務過程建模是快速高效地編制裝配系統(tǒng)設備的任務控制程序的重要基礎(chǔ)，它一方面提供了編程前的驗證手段，另一方面模型的結(jié)構(gòu)也決定了程序結(jié)構(gòu)和設備之間的協(xié)作關(guān)系。本文提出了APN以及基于APN的柔性裝配系統(tǒng)裝配過程建模的方法，主要包括： 1)、根據(jù)柔性裝配系統(tǒng)裝配過程建模的需要，將G網(wǎng)

9、，面向?qū)ο驪etri網(wǎng)和Agent理論相結(jié)合，提出了APN模型結(jié)構(gòu)和工作機制； 2)、為了增加模型的重用性和繼承性，引入了設備能力的概念，并提出了以設備能力對應Petri網(wǎng)的變遷，從而構(gòu)建不同的設備的裝配任務的操作方法Petri網(wǎng)； 3)、對于三種任務之間的順序關(guān)系：由同一臺設備完成的任務的先后關(guān)系、不同設備完成的任務之間的先后關(guān)系和不同設備之間的并行協(xié)作關(guān)系分別進行了研究，并用相應的Petri網(wǎng)結(jié)構(gòu)與之對應，從而為針對

10、不同的裝配任務構(gòu)建裝配順序Petri網(wǎng)打下基礎(chǔ)，并進一步研究了APN用于柔性裝配系統(tǒng)(FAS)的建模的方法和步驟； 4)指出了單個APN的Petri網(wǎng)PNAPNi(i∈[l，n]，n為FAS中的設備Agent的個數(shù))與整個FAS任務模型Petri網(wǎng)PNFAS之間活性和T變量覆蓋性之間的關(guān)系，從而為通過分析和驗證單個PNAPNi的活性和T不變量覆蓋性而對PNFAS的活性和T不變量存在性進行分析和驗證提供了理論依據(jù)，并降低分析驗證P