车间管理控制系统分布式控制方式构造研究
1 敏捷化生产的要求与多Agent理论与方法敏捷制造将是21世纪主导性的生产模式,它对制造系统有3个方面的要求:Reusable,Reconfig-urable,Scalable。实现了这3个方面要求的制造系统可称之为敏捷化的制造系统,其实现关键则在于其生产过程能否实现动态快速重组。在制造自动化系统中,车间层具有重要的作用,企业的产品最终将在这里物化出来:车间控制系统负责在制造车间环境中协调物流和信息流,它是上层生产计划、生产管理模块与底层的接口。因而车间的敏捷化对整个企业的敏捷化起着重要的承上启下的作用。Agent及Multi-Agent系统(MAS:Multi-A-gentSystem)理论与方法的研究已成为分布式人工智能(DAI)研究的一个热点。它们是解决分布、异构复杂系统的有力工具。且因其具有适应环境的动态自组织功能,MAS在许多领域受到重视。把车间管理控制系统分解为多个相互作用、交互的代理机,将其视为一个MAS系统,既易于系统设计,也易于系统重组,且可充分利用MAS系统的种种优点。因而可以借助MAS理论与方法,实现车间管理控制系统的敏捷化。 2 引入多Agent理论与方法的必要性和可行性
传统CIMS中车间管理控制系统因存在结构刚性,修改、扩充困难以及递阶式控制系统部分出现故障易导致全局失效等弱点,而不能够适应连续不断的市场环境的变化(如定单的变化、供应商的变化、产品设计的变化、急件、特定的市场机遇的出现等)以及车间内部的各种变化(如设备发生故障、缺料等偶发事件),而这恰恰是敏捷化的基本要求。故需将其改造成具有一定柔性的开放系统,将其集中递阶式控制结构改造为分布式协调控制结构。MAS系统具有如下特点:
[*]分布性。各Agent的分布可以不受地域限制,在逻辑上都只是网络上的一个节点,其调度及控制是通过采用分布式人工智能(DAI)技术来实现的。自主性。每个Agent都具有自己的局部智能,可以自主地解决自己局部子系统的问题,可以动态地响应外界环境的变化,并且可以实现同其它的Agent之间的协调。在多Agent系统中不采用递阶式集中控制方式,各Agent之间是一种平等的关系,系统的运行是基于合同、协议、标准等的并行操作。
[*]互操作性。Agent之间可以互相通信,获得自己所需的信息或者别的Agent的服务,以解决自己局部无法解决的问题。
[*]开放性。多Agent是一个非常开放的系统,其结构只具有相对稳定性。它因任务而产生,也因任务的结束而解散,即使在任务的执行过程中,也可根据情况的变化而增加或删除某些Agent。
由此可看出,可以借助MAS理论与方法,实现这些改造。从系统设计、开发的角度看,MAS方法的应用则可降低设计的复杂性,减小开发的工作量与难度。我们可以将车间内的计划、管理、加工等模块看成一个个具有一定权限的,以一定协议互相协调访问的互相独立的平等实体,每个实体有类似的结构模式,它们在自己的局部数据的驱动下完成各自不同的工作,即将它们视为各个Agent,然后为它们建立一个集成管理平台,为Agent的管理及它们之间的通信、互操作提供支撑,由此而建立起一个MAS系统。在此系统中,各个Agent独立完成各自的工作,并通过它们之间的相互通信与协调达成系统整体的目标。对于复杂的实体,则用类似思想对其进行进一步的分解。由于各Agent都是基于自己的利益自主地工作的,各Agent都是局部最优的,这往往同系统的整体最优发生冲突,因此MAS系统内需建立各Agent间的协调机制,这也是MAS系统建立的关键之一。 3 敏捷化车间管理控制系统的功能与结构
敏捷化对车间的具体要求可归结为如下三个方面:
[*]能够面向任务组织生产,即能够根据任务的不同,动态组织生产过程。
[*]能够对外协作与交流。当车间内部出现某些变化,不能完成某些任务时可以向别的系统发出请求,将任务转包出去:本车间也可接受来自外界的协作请求。
[*]能够适应车间内外环境的变化。即敏捷化的车间要具有很强的计划与调度功能,以适应不同的车间内外环境的变化,如车间外部的变化:定单的变化、供应商的变化、产品设计的变化、急件、特定的市场机遇的出现等。车间内部的各种变化:设备发生故障、缺料等偶发事件。
车间管理控制系统的基本活动过程如图1所示,由此图可以看出,车间管理控制系统的基本功能主要有:任务获取、过程组织、运行协调、组织/资源管理。要实现上述要求,必须使车间的任务获取具有主动性,使车间的过程组织具有动态性。基于对车间管理控制系统的功能理解和车间内的资源不同,可以确定采用MAS方法后的车间管理控制系统的结构如图2所示。各Agent的功能描述如下:任务Agent:它是MAS系统的核心,主要负责接受上级任务或外界的定单,根据资源的能力,分解任务,而后在车间内部发标,根据一定规则,选定一些单元Agent组成生产过程。组织Agent:管理根据任务及过程所确定的操作岗位、班组,也负责对车间内各类人员的人事管理,内容包括专长、业绩评估等。
图1 车间管理控制系统基本功能
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