本發(fā)明涉及一種可重構(gòu)裝配系統(tǒng)仿生控制模型，屬于機械設(shè)計自動化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，裝配生產(chǎn)過程存在著大量的不可控因素，例如，訂單的多變、生產(chǎn)物料的緊缺、設(shè)備的故障、質(zhì)量等問題，經(jīng)常引起工藝方案的改變，使得裝配生產(chǎn)過程耗時增長，計算機技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展使得傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式已經(jīng)無法適應(yīng)企業(yè)的生產(chǎn)要求，迫切需要一種高速有效的生產(chǎn)模式來提高企業(yè)的生產(chǎn)效益以及市場競爭力。研究發(fā)現(xiàn)，生物系統(tǒng)與云制造可重構(gòu)裝配系統(tǒng)存在著相似性，結(jié)合仿生學(xué)和多agent技術(shù)，設(shè)計一個高速有效的系統(tǒng)仿生控制模型可以有助于制造商進行訂單任務(wù)數(shù)據(jù)的分析與運算，使得生產(chǎn)線的重構(gòu)調(diào)度過程既省時省力又高效精確，從而提高企業(yè)的核心競爭力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種可重構(gòu)裝配系統(tǒng)仿生控制模型，在減少了智能系統(tǒng)中信息量的同時，能夠?qū)τ脩舭l(fā)布的訂單進行快速響應(yīng)，對于裝配過程中各種突發(fā)狀況能夠及時調(diào)整技術(shù)路線，以實現(xiàn)裝配生產(chǎn)線的全程監(jiān)控和實時管理，提高可重構(gòu)裝配線整體的便捷管理度及生產(chǎn)效益。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種可重構(gòu)裝配系統(tǒng)仿生控制模型，其特征是，分為控制和被控兩個部分，控制部分包括數(shù)據(jù)管理模塊、任務(wù)監(jiān)控模塊、重構(gòu)模塊和調(diào)度模塊四個部分，所述的數(shù)據(jù)管理模塊管理著任務(wù)監(jiān)控模塊、重構(gòu)模塊和調(diào)度模塊產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)信息，所述的任務(wù)監(jiān)控模塊對重構(gòu)、調(diào)度模塊進行實時監(jiān)控，同時，任務(wù)監(jiān)控模塊接受重構(gòu)、調(diào)度模塊對應(yīng)的決策信息和配給方案，當生產(chǎn)過程中突發(fā)情況發(fā)生時，任務(wù)監(jiān)控模塊檢測到數(shù)據(jù)的變化，將信息發(fā)送給重構(gòu)模塊，重構(gòu)模塊進行目標工藝的調(diào)整后，將信息反饋給調(diào)度模塊，由調(diào)度模塊進行配給方案的調(diào)整；被控部分為生產(chǎn)設(shè)備及資源模塊。

進一步地，所述控制部分中的重構(gòu)模塊包括優(yōu)化部分、工藝部分及分組部分，所述優(yōu)化部分定制目標函數(shù)，針對不同環(huán)境下多目標值進行優(yōu)化，并發(fā)送工藝設(shè)計請求給工藝部分，所述工藝部分根據(jù)請求設(shè)計工藝路徑，確定合理的裝配順序，發(fā)送資源分類請求給分組部分，所述分組部分進行資源分組調(diào)整，以組間公用設(shè)備最少為標準不斷調(diào)整分組單元。

進一步地，所述控制部分所對應(yīng)的智能體為數(shù)據(jù)管理agent、監(jiān)管agent、重構(gòu)agent及調(diào)度agent，其中，重構(gòu)agent包括優(yōu)化agent，工藝agent和分組agent，各agent通過協(xié)調(diào)合作完成復(fù)雜的裝配生產(chǎn)任務(wù)。

進一步地，各agent之間采用黑板方式和消息傳遞方式相結(jié)合的通訊方式，信息通訊中對于不需要保存的數(shù)據(jù)不經(jīng)過黑板，而是agent之間直接進行交互傳遞，通過監(jiān)視器來接受agent的操作請求、存取黑板內(nèi)的數(shù)據(jù)及激發(fā)控制機構(gòu)黑板決策器進行推理和決策，最后將黑板決策器產(chǎn)生的策略傳送給各agent。

進一步地，各agent通過協(xié)調(diào)合作完成復(fù)雜的裝配生產(chǎn)任務(wù)的具體步驟如下：

當資源制造商接收到制造訂單后，數(shù)據(jù)管理agent的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，監(jiān)管agent檢測到該數(shù)據(jù)變化后，立即連接優(yōu)化agent；優(yōu)化agent根據(jù)訂單要求構(gòu)建目標函數(shù)，并計算出目標值，然后連接工藝agent；工藝agent根據(jù)數(shù)據(jù)管理agent的訂單信息以及優(yōu)化agent的運算結(jié)果進行工藝設(shè)計，然后將設(shè)計結(jié)果傳至分組agent；分組agent根據(jù)加工工藝路徑確定資源的分組，然后連接調(diào)度agent，進行待裝配資源，設(shè)備以及人員的分配；如果最后的結(jié)果與現(xiàn)實狀況不符合，則調(diào)度agent發(fā)送指令給優(yōu)化agent，進行重新優(yōu)化，優(yōu)化至重構(gòu)方案符合現(xiàn)實情況為止，最后將重構(gòu)方案的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)管理agent進行保存。

進一步地，所述優(yōu)化部分構(gòu)建的目標函數(shù)為f＝min{(1/k)(wcc+wtt+wll)}，c代表生產(chǎn)成本，t代表生產(chǎn)時間，l代表設(shè)備負載均衡率，k值取在0至1.0之間，{wc，wt，wl}∈{0,1}且wc+wt+wl＝1。

本發(fā)明所達到的有益效果：本發(fā)明提供一種可重構(gòu)裝配系統(tǒng)仿生控制模型，采用仿生學(xué)及多agent技術(shù)相結(jié)合的思想，可以對裝配生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的訂單變化、物料短缺、設(shè)備故障、質(zhì)量問題等突發(fā)狀況及時作出響應(yīng)，隨時調(diào)整優(yōu)化目標及工藝路線，多agent通訊方式將黑板方式和消息傳遞方式相結(jié)合，大大降低了智能系統(tǒng)中的信息量，避免了大量數(shù)據(jù)帶來的通訊“瓶頸”問題，各agent間實現(xiàn)協(xié)調(diào)合作，能夠提高裝配生產(chǎn)線的整體生產(chǎn)效率，增加企業(yè)市場競爭力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝配體控制結(jié)構(gòu)圖；

圖2為生物體三大調(diào)節(jié)系統(tǒng)相互作用圖；

圖3為本發(fā)明基于多agent云制造可重構(gòu)裝配體仿生控制模型；

圖4為本發(fā)明多agent系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)圖；

圖5為裝配體通信uml順序圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

一種可重構(gòu)裝配系統(tǒng)仿生控制模型，結(jié)合了生物體三大調(diào)節(jié)系統(tǒng)與多agent技術(shù)，分為控制和被控兩個部分，如圖1所示，控制部分包括數(shù)據(jù)管理模塊、任務(wù)監(jiān)控模塊、重構(gòu)模塊和調(diào)度模塊四個部分，數(shù)據(jù)管理模塊管理著任務(wù)監(jiān)控模塊、重構(gòu)模塊和調(diào)度模塊等產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)信息，任務(wù)監(jiān)控模塊對重構(gòu)、調(diào)度模塊進行實時監(jiān)控，同時，任務(wù)監(jiān)控模塊接受重構(gòu)、調(diào)度模塊對應(yīng)的決策信息和配給方案，當生產(chǎn)過程中突發(fā)情況發(fā)生時，任務(wù)監(jiān)控模塊檢測到數(shù)據(jù)的變化，將信息發(fā)送給重構(gòu)模塊，重構(gòu)模塊進行目標工藝等的調(diào)整后，將信息反饋給調(diào)度模塊，由調(diào)度模塊進行配給方案的調(diào)整。其中，重構(gòu)模塊分為優(yōu)化部分、工藝部分及分組部分三個部分，優(yōu)化部分定制目標函數(shù)，針對不同環(huán)境下多目標值進行優(yōu)化，并發(fā)送工藝設(shè)計請求給工藝部分，工藝部分根據(jù)請求設(shè)計工藝路徑，確定較為合理的裝配順序，發(fā)送資源分類請求給分組部分，分組部分進行資源分組調(diào)整，以組間公用設(shè)備最少為標準不斷調(diào)整分組單元，被控部分為生產(chǎn)設(shè)備及資源模塊。

結(jié)合圖2生物體三大調(diào)節(jié)系統(tǒng)相互作用圖，將圖1本發(fā)明所涉及的可重構(gòu)裝配體控制結(jié)構(gòu)與圖2進行類比，數(shù)據(jù)管理模塊對應(yīng)著大腦，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)進行管理，任務(wù)監(jiān)督模塊對應(yīng)著生物體中的內(nèi)分泌系統(tǒng)，重構(gòu)模塊對應(yīng)著生物體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，調(diào)度模塊對應(yīng)著生物體的免疫識別系統(tǒng)，任務(wù)監(jiān)督，重構(gòu)，調(diào)度三個模塊通過閉環(huán)協(xié)調(diào)作用共同對生產(chǎn)任務(wù)進行控制。

如圖3所示，控制模塊所對應(yīng)的智能體分為數(shù)據(jù)管理agent、監(jiān)管agent、重構(gòu)agent及調(diào)度agent，其中，重構(gòu)agent包括優(yōu)化agent，工藝agent和分組agent，各agent能夠通過完美的協(xié)調(diào)合作完成復(fù)雜的裝配生產(chǎn)任務(wù)。

智能系統(tǒng)信息量較大，圖4所示為多agent系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)圖，多agent的智能系統(tǒng)采用黑板方式和消息傳遞方式相結(jié)合的通訊方式，避免了大量的數(shù)據(jù)帶來的通訊“瓶頸”問題，信息通訊中對于不需要保存的數(shù)據(jù)一般不經(jīng)過黑板，而是agent之間直接進行交互傳遞，通過監(jiān)視器來接受agent的操作請求、存取黑板內(nèi)的數(shù)據(jù)及激發(fā)控制機構(gòu)黑板決策器進行推理和決策，最后將黑板決策器產(chǎn)生的策略傳送給各agent。

圖5所示為裝配體通信uml順序圖，當資源制造商接收到制造訂單后，數(shù)據(jù)管理agent的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，監(jiān)管agent檢測到該數(shù)據(jù)變化后，立即連接優(yōu)化agent；優(yōu)化agent根據(jù)訂單要求構(gòu)建目標函數(shù)，并計算出目標值，然后連接工藝agent；工藝agent根據(jù)數(shù)據(jù)管理agent的訂單信息以及優(yōu)化agent的運算結(jié)果進行工藝設(shè)計，然后將設(shè)計結(jié)果傳至分組agent；分組agent根據(jù)加工工藝路徑確定資源的分組，然后連接調(diào)度agent，進行待裝配資源，設(shè)備以及人員的分配；如果最后的結(jié)果與現(xiàn)實狀況不符合，則調(diào)度agent發(fā)送指令給優(yōu)化agent，進行重新優(yōu)化，優(yōu)化至重構(gòu)方案符合現(xiàn)實情況為止，最后將重構(gòu)方案的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)管理agent進行保存。

優(yōu)化部分對應(yīng)的目標函數(shù)為f＝min{(1/k)(wcc+wtt+wll)}，c代表生產(chǎn)成本，t代表生產(chǎn)時間，l代表設(shè)備負載均衡率，為避免生產(chǎn)成本、生產(chǎn)時間及設(shè)備負載平衡率太小不便于比較觀測，取k值在0至1.0之間，用于調(diào)整函數(shù)值；{wc，wt，wl}∈{0,1}且wc+wt+wl＝1，用于目標函數(shù)各項調(diào)整，根據(jù)裝配過程中生產(chǎn)成本、生產(chǎn)時間及設(shè)備負載平衡率的重要程度大小進行取值，對于越重要的因素w取值越大，不同的任務(wù)級別，w的取值將有所差異。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。