动态Holonic制造系统建模及实时调度策略研究

由于建立在传统组织理论与运筹学基础上的制造单元组织模式和调度控制方法都以系统运行环境稳定为前提，系统结构与控制算法耦合度过高；调度控制模型多是建立在对系统的运行状况和约束条件极大简化的基础上；求解方法对多目标及多约束调度问题无能为力。本项目拟引入Holonic Manufacturing System(HMS)制造理论，研究基于HMS的制造单元的交互机制、控制策略和算法；建立Holonic制造系统任务调度优化模型，实现对该模型的优化设计及分析计算；探讨仿生计算算法如Shuffled Complex Evolution等启发式算法对该类问题的求解效率，为启发式算法对此类问题的求解提供统一的理论框架。同时通过自适应动态预测方法对系统的未来调度状态参数进行计算，为系统未来状态下的调度及智能决策提供依据。本研究将对于推动制造系统自动化理论的深入研究与发展，提高制造系统的运行和决策效率都有重要意义。

本项目通过引入Holonic Manufacturing Systems （HMS）制造哲理的概念，对基于Holonic制造系统的制造单元的交互机制、控制策略和算法、系统设计方法以及关键使能技术进行了研究；重点研究了HMS系统中资源Holon内部的资源与任务的动态调度方法以及与其他Holon单元是如何在HMS控制系统中进行交互与集成的问题。本项目的主要内容和贡献如下：.1）制造系统各单元模块基于Holonic制造哲理统一模型---动态Holonic制造系统（DHMS）的建立。建立了基于Holonic制造概念、适于离散制造系统控制的体系结构，从体系结构和运行机制上实现制造单元控制结构和控制算法的解耦；通过研究其在制造控制领域中的应用，实现了制造系统单元向动态Holonic制造系统单元中实体的映射。.2）DHMS系统的分布式决策过程模型及其实现算法。DHMS系统的任务分配及单元交互过程采用动态虚拟簇的形式，随着进入系统的任务/订单的变化，构成了动态的决策层次；随着任务的不断递归，完成任务/订单与相应资源的匹配。.3）基于改进合同网协议的DHMS系统动态重调度模型及其求解算法。针对传统制造合同网协议缺乏动态交互及优化能力，引入MAS系统中全局双向通信协商与局部自主协商机制与制造合同网集成，建立了基于改进合同网机制的重调度过程，以提高调度Holon适应动态环境的实时协调调度能力。.4）DHMS制造网格资源调度模型及其云自适应遗传算法(CAGA)求解方法。在单元Holon任务协调分配后，提出了基于云自适应遗传算法（CAGA）的制造单元自治调度机制。构建了基于CAGA的单元自治调度决策模型，实现了制造资源在网格平台下的高效调度。.5）基于DHMS多目标邻域搜索策略，在PSO并行搜索的基础和框架上，合理引入基本问题信息的局部搜索和智能技术，设计了相应的基于PSO的混合算法，大量仿真结果和算法比较研究验证了所设计方法在复杂调度问题上的有效性。.6）最后，在JADE平台上，设计和开发了综合的原型仿真系统。. 结合本课题研究，项目组成员共发表学术论文19篇。其中被SCI检索5篇，EI检索14篇，出版学术专著1部，培养研究生8人，高质量完成了项目预期的研究目标。