基于时间Petri网的自动制造系统生产率评估和资源优化配置研究

The throughput evaluation and resource optimization of automated manufacturing systems (AMSs) are important ways to improve the production efficiency and save energy of manufacturing industry. This project focuses on the throughput evaluation and resource optimization of AMSs in the view of discrete event systems modeled with timed Petri nets. We mainly cope with the following research topics: (1) throughput evaluation for a class of AMSs with conflicts based on structure analysis and linear algebra; (2) maximizing the throughput of AMSs under a limited cost of resources by developing some heuristic strategies; (3) minimizing the cost of resources under a given requirement on the throughput based on structural transformation techniques and mixed integer linear programming methods. We aim to establish theories and methodologies for both the throughput evaluation and resource optimization problems for AMSs in timed Petri nets, as well as to propose algorithms with low computational complexity. By this project, the throughput of AMSs will be accurately evaluated and the resources can be optimally allocated. A user-friendly visualization throughput evaluation/resource optimization software package will be developed based on MATLAB. In order to verify the theoretical correctness and practical value of the developed theory, the results found by the proposed methodology will be implemented on real AMSs.

自动制造系统的生产率评估和资源优化配置是提高生产效率、节能降耗最重要的途径之一，对我国生产制造业的提升和发展至关重要。本项目拟从离散事件系统的角度，采用时间Petri网研究自动制造系统生产率评估和资源优化配置问题。拟研究的内容有：(1)针对具有冲突行为的自动制造系统，提出基于结构分析和线性代数的系统生产率评估方法；(2)在有限资源成本的前提下，提出一种基于启发式策略的系统生产率最大化资源分配方案；(3)在给定系统生产率需求的前提下，提出一种基于结构转换和整数线性规划的成本最小化资源分配方案。本项目期望建立时间Petri网模型的自动制造系统生产率评估和资源优化的相关理论与方法，降低生产率评估和资源优化配置问题的计算复杂度，实现生产率精准评估及资源最优分配。此外，本项目将开发可视化生产率评估和资源优化软件，该软件的计算结果将应用于实际的自动制造系统，以验证研究成果的理论正确性和实用价值。

制造业是中国的支柱产业，是国民经济发展和国家实力提升的动力之一。本项目针对自动制造系统确定性时间加权标记图网模型的生产率评估和资源优化配置开展研究。项目执行期间，按计划的时间节点顺利开展研究工作，取得的主要进展包括：（1）基于确定性时间加权标记图网模型的自动制造系统资源优化配置问题；（2）基于确定性时间标记图网模型的自动制造系统生产率安全问题；（3）时间Petri网自动制造系统故障诊断问题；（4）多移动机器人系统路径规划问题。截至目前，直接相关研究成果已发表标注基金资助的SCI检索论文8篇，其中包括Automatica、IEEE Transactions on Automatic Control等控制领域知名期刊，EI检索论文2篇，核心期刊论文1篇，申请发明专利12项（其中已授权2项）。整个项目进展情况良好，按照研究任务预定计划有序进展，基本达到了预期研究目标，对关键性科学问题的研究工作取得了较为满意的研究结论，并取得了较为丰富的研究成果。同时，在研究过程中发掘出不少值得继续深入研究的新内容及方向，部分问题已经陆续展开了相关研究工作。