[发明专利]基于激素反应扩散原理的制造系统动态协调方法

摘要

本发明公开了一种基于激素反应扩散原理的制造系统动态协调方法，该方法主要是受内分泌系统激素反应扩散机制的启发，实现了一种基于激素反应扩散原理的制造系统动态协调方法，设计了两种可以相互影响的激素，来迅速寻优，其中为了拓展寻优的解空间，还使用了遗传交叉变异的方法来对可行解进行操作，以便在多工艺路线的情况下，根据生产任务可以对资源进行更合理的选择和分配；同时对于制造系统中的突发事件进行响应，可以提高系统的敏捷性。

主权项

1.基于激素反应扩散原理的制造系统动态协调方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，分析离散式制造系统的生产任务与资源协调优化过程，建立数学模型及其约束条件；步骤2，受内分泌系统激素调节机制启发，在已建立的数学模型基础上，构建车间管理层的生产任务激素信息，构建工艺路线的资源反馈激素信息；步骤3，对所有资源的生产能力建立生产能力表，并评估其生产能力，建立激素信息节点，存放其针对各种生产任务对应的激素分泌量，构成可以容留激素的离散式制造系统“体液”内环境；步骤4，生产任务到达后，进行工艺分解，根据车间实际资源状况生成若干条工艺路线，然后由约束条件进行校验，对实际情况进行调整，并随机生成在各个工艺路径上生产的工件数量；步骤5，生成生产任务激素，并将其释放到公共环境中；步骤6，车间生产资源层感知到生产任务激素，根据各个工艺路线的实际状态对其进行响应，当某条工艺路线上的资源生产成本低，且满足约束条件的要求，则增大其激素分泌量；反之则减少其分泌量；步骤7，生成资源反馈激素，并将其释放到公共环境中；步骤8，车间控制层感应到资源反馈激素，再根据其中的信息对生产任务激素进行更新，调整其中各个工艺路径上生产的工件数量，并通过遗传交叉变异方法进行全局优化；全局优化过程为，根据多工艺路线资源的有向图，选取m种可行分配方案为解空间X_m，其矩阵表示为：矩阵中每一行x_i构成了解空间的动态候选组，通过遗传变异的手段来进行全局优化，其中R_P为可以生产的工艺路线总数；在选择过程中，根据离散式制造系统的数学模型对可行解中各个候选解进行计算，按下式得到的概率h_ri选取解空间中的两个可行解进行交叉变异操作；其中，C_Total(P,i)表示解空间中第i个解的生产任务总成本；在交叉操作中，设x_i和x_j为进行交叉操作的两个可行解，x_i和x_j为矩阵中的两行，实际交叉概率为p_c＝P_C×h_ri，P_C为系统规定的交叉概率；随机产生p∈[0，1]，若p﹥p_c，则进行交叉操作；在变异阶段，其实际变异概率为p_m＝P_M×h_ri，P_M为系统规定的变异概率；随机产生p∈[0，1]，若p﹥p_m，则进行变异操作；步骤9，根据目标函数对交叉变异后的新分配方案进行计算，并对所有解依次进行排序、筛选、末位淘汰，计算出可行解空间矩阵，并以此生成资源反馈激素；步骤10，设置循环条件，根据步骤5～9中的所述方法进行循环操作，求解在多工艺路线的情况下，按照离散式制造系统模型目标，任务与资源的最合理的选择和分配；离散式制造系统在生产过程中，出现突发事件时，具体的动态协调过程为，S1、根据突发事件的生产工艺从资源库中选取合适的可加工设备；S2、依据激素容留环境中残留在各个资源激素信息节点中的激素量，叠加得到各条工艺路线的现有的资源反馈激素中的激素分泌量；具体公式为，其中，ρ_i为工艺路线中所选择的资源i上所残留激素分泌量，n表示工艺路线长度；ρ_rp为工艺路线rp上的激素分泌量；S3、更新离散式制造系统中的生产任务激素信息和资源反馈激素信息；S4、运行已有的激素动态协调算法，即步骤5～9，为突发事件协调匹配合适的资源。