面向智能制造示范产线的生产调度可重构模型研究

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在“工业4.0”科技革命与产业升级背景下,国内外科研机构研制了形式多样的智能制造示范产线。这些示范产线不仅展示了“工业4.0”领域的前沿成果,还为相关理论研究、教育教学和软硬件产品测试提供了试验床。然而,现有示范产线受限于其规模与功能,往往无法满足面向复杂场景的生产调度问题研究。本文通过引入可重构制造系统理论,针对示范产线提出了一种生产调度可重构模型系统基础架构以及基于多智能体的可重构建模方法,并研发相应软件平台实现了对生产调度业务场景与决策逻辑的灵活重构,从而为相关调度问题建模与优化研究提供了柔性高效的仿真实验环境。本文的主要内容与特点包括:(1)首先,在对智能制造MES层生产调度问题可重构建模需求进行分析的基础上,提出了一种与数字孪生体相结合的生产调度可重构模型系统基础架构。该架构具备模型管理、不确定性仿真、决策优化、优化算法推荐、高性能计算等功能模块以及灵活可变的核心特性,为敏捷响应智能制造示范产线生产调度相关可重构需求奠定了基础。(2)其次,基于多智能体系统理论提出了一种符合IEC/ISO 62264标准的生产调度可重构建模方法。该方法搭建了良好的智能体内部结构与交互模型,解决了多层次多时空分辨率集成、内生与外生不确定性集成、技术异构仿真器与求解器集成、多类别优化算法集成等关键问题。(3)最后,研发了一种智能制造示范产线生产调度可重构模型应用软件平台,高效协助生产研究者在不确定性仿真的基础上开展决策优化。该平台的模型管理服务具备多种组态工具与统一数据管理能力,从而帮助用户组态出完整、一致的可重构模型;高性能计算服务拥有跨平台、负载均衡的特性,实现了分布式并行计算;调度算法推荐服务解决了高维稀疏特征交互及在线学习等难点问题,达到了算法优选目的。本研究以某高校智能制造示范产线为应用背景,开展生产调度业务场景与决策逻辑可重构案例分析,验证了上述可重构模型系统架构、多智能体建模方法与软件平台的有效性。
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