基于多agent技术的制造车间调度系统设计与实现

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1、武汉理工大学硕士学位论文第1章绪论1．1课题背景及研究意义在制造车间环境中，车间调度起到了协调物流和信息流的作用，它是生产车间实现面向任务组织生产、适应内外环境变化以及对外协作的核心模块。生产调度作为生产管理的核心内容和关键技术之一，是提高车间调度系统对各种生产资源以及生产任务调度的效率的重要方式，是使企业生产效率最大化，完成生产计划的关键手段。在实际动态车间中，很多随机发生的事件，给车间调度带来很多不确定的问题。这就要求车间调度系统应该具有满足需求多样性的柔性、能接受新的特征功能的开放性、自主地进行生产规划的智能性。Ratari等提出按照订单制造(MTO：Made．To

2、．Order)的概念，以满足用户需求为宗旨来获得更多的订单[1]；1wata在提出的随机制造系统(RMS：RandomManufacturingSystem)alP强调按照订单生产((PTO：Product—To．Order)，使得制造系统需要对随机到达的订单或订单的变化做出及时反映[21Mitchell等提出企业要像“裁缝"那样制定满足顾客个性化要求的产品。这些思想和方法给制造业适应多变的市场提出了比较好的解决方案，另一方面，也反映了市场要求企业向柔性化、快速反映方向发展13J。综上，研究多资源生产动态优化调度问题，对促进企业中车间级生产管理的发展和各种生产资源的合理优

3、化配置、对提高我国制造业入世后的竞争力都具有重要的意义H。1．2相关领域国内外研究现状车间调度作为制造企业生产过程的一个重要问题，对它的研究兴起去上个世纪五十年代。在研究方法上，最初是集中在整数规划、多目标优化、仿真和简单规则[51，由于调度问题中大多具有NP困难特性16]，调度问题是最难的组合优化问题。车间调度问题是一个被普遍公认的作为在实践中遭遇到的最难的NP完全问题之一。由德国科学家Fisher和Thompson在1963年提出的众所周知的10×10个任务和机器实例的车间调度问题，在25年的时间里才得到解决。15武汉理工大学硕士学位论文×15的问题在现在仍就被认为是

4、当代最好方法所不能解决的[71。几乎所有众所周知的最优化和相似的技术都已经应用到JSP中，包括线性设计(LinearProgramming)、拉格朗日松弛算法(LagrangianRelaxation)、分枝定界法(Branch-And-Bound)、约束满足法(ConstraintSatisfaction)、局部搜索(LocalSearch)、甚至是神经网络(NeuralNetworks)和专家系统(ExpertSystems)[引。这种研究方法至今尚未形成一套系统的方法和理论，理论研究与实际应用之间还存在着很大差距，只能对小型系统进行求解。随着对各类调度问题研究的深入

5、及各种交叉学科的发展，涌现出了许多新的车间调度理论与方法，同时大量优秀的优化方法被引入车间调度的应用中来，这在一定的程度上，实现了较为有效的调度效果。然而随着顾客需求的多样化，市场对企业提出的敏捷化要求更高，而且车间的实际情况，在实际的生产过程中存在很多随机的事件，例如加工日期缩短、临时任务插入、设备故障等，这就要求车间调度必须能够随时根据生产的实际情况变化进行及时调整，而上述的调度方法很难适应。进入八十年代，基于分布式人工智能的多技术逐渐兴起，为生产调度的研究与开发创造了一种新思路和新方法。基于多Agent的调度方法既融合了多种现代的理论和技术成果，如先进制造、分布式人

6、工智能、计算机技术等，又能够适应制造系统对于柔性、敏捷性和重构能力的需要。基于多Agent的制造研究吸引了越来越多的关注。由于多Agent系统具有高度自治性、智能性、协作性、交互性、适应性等特点较好满足了敏捷制造环境下车间生产管理的需要，并且多Agent系统技术能将车间生产调度系统研究从传统的集中式转向分布式，将复杂的问题分解为多个较小的相关子问题，降低系统的复杂性，因而越来越被人们青睐‘91。基于多Agent的调度方法能够融合多种现代的理论和技术成果，利用其分布式特点能够将复杂的调度问题分解成多个简单的子问题分布求解，利用其智能性可以很好的适应当前制造系统对于柔性、敏捷

7、性和重构能力的需要。现在，主要制造企业和相关政府部门都认为基于Agent的制造是美国制造业的未来，并且认为Agent技术是实现敏捷制造的最基本技术。各国纷纷将Agent理论和多Agent技术应用于制造车间调度问题的研究上，并取得了一定的研究成果Il⋯。这表明，对于车间调度的研究，已经由过去面向小规模系统、静态调度逐渐发展到柔性制造系统、敏捷制造系统的动态调度。如何找出车间管理与调度2武汉理工大学硕士学位论文诸多因素的内部关系，建立最能反映生产需要的调度模型；如何进一步研究制造车间计划与车间调度之间的关系，建立计划与调度的集成模