面向cps的虚拟生产线建模与调度研究

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1、学校代码10530学号201330111799分类号TP391密级公开硕士学位论文面向CPS的虚拟生产线建模与调度研究学位申请人吴教丰指导教师赵骥高级工程师学院名称信息工程学院学科专业控制工程研究方向复杂系统管控一体化二零一六年五月二十日ModelingandschedulingresearchofVirtualProductionLineforCPSCandidateWuJiaoFengSupervisorSeniorEngineerZhaoJiCollegeCollegeofInformationEngineeringProgramControlEngineeringSpecia

2、lizationComplexSystemManagerandControlDegreeMasterUniversityXiangtanUniversityDateMay20th,2016湘潭大学学位论文原创性声明本人巧重岸明：所呈巧的论文是本人在导师的指导下独立进巧研巧所‘取得的巧巧成果用的内容化，本论文不包普任。除／文中特别加村标注引何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研発做岀重耍巧献的个人和集体，巧己在文中封明确方式标明。本人完全蔥识到本巧明的，法律后果由本人承担。；巧者猎名；１Ｈ期邱年／月又崎学位论女版权使用捜权书本学

3、位论文作者完全了解学校各关保留，同窟、使用学位论文的规定学校保留并向国家有关部口或机构度巧论义的迄印件和电子破，允许论义。本人授权湘潭大学可封将本学位论文的全部或部分巧容编，被杳閲和借慑、入巧来数据库进行检索，可站采用影印缩印或扫描等复制乎段保存和骗本学位论文。涉巧论文按学校规定处理。心：口巧者签巧：襄華ｎ期述年＾月＾＞导师签省；日期年乃灰心妻垄摘要近年来，信息物理融合系统（CPS，Cyber-PhysicalSystem）已成为国内外学术界与科技界研究开发的重要方向。它通过计算技术、控制技术和通信技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感

4、知、动态控制和信息服务。CPS实现计算、通信与物理系统的一体化设计，可使系统更加可靠、高效、实时协同，具有重要而广泛的应用前景。本文以军队某研究院武器生产线“机器人换人”技术研究项目为背景，开展了面向CPS的虚拟生产线建模与调度研究。论文首先论述了CPS的运行方式及其在智能生产线中的应用前景，提出了面向CPS的智能生产线系统框架，旨在实现“基于仿真的规划与控制”，促进生产过程中的实时监测与在线控制，并给出了面向CPS的实验系统体系结构，接着分析了涉及的关键技术，为全文研究奠定基础。研究了虚拟环境建模，采用零部件三维参数化方法构建模型，基于此论述了虚拟样机的开发方法，实现了虚拟样机的构

5、建，并分析测试了样机的特征参数，仿真结果验证了虚拟样机的可用性。研究了含机器人单元的生产调度问题，首先建立了机器人单元调度的数学模型，并提出一种基于生产工序的库所时延Petri网（PTPN）进行系统分析，对系统的阻塞、饥饿、死锁等特性进行了阐述。基于此，采用遗传算法对机器人的搬运工序进行优化，并重新设计了遗传算法，将邻域搜索应用于遗传算法的交叉及变异过程，使得子代朝着最优解方向收敛，优化生产调度，通过对算法仿真、分析，验证了算法的有效性。在上述研究的基础上，本文实现了一个虚拟环境与实物机器人协同仿真原型系统。首先确定了原型系统的设计方案，再开发了其功能模块，最后结合虚拟环境及实物机器

6、人协同仿真进行了分析论证，并以项目单位的对接平台为应用实例，验证了本文研究内容的可行性和有效性。关键词：CPS；仿真规划与控制；虚拟生产线；机器人单元调度；遗传算法IAbstractInrecentyears,CyberPhysicalSystem(CPS,Cyber-PhysicalSystem)hasbecomeanimportantdirectionofresearchanddevelopmentbetweenacademiaandthescientificcommunityatdomesticandforeign.Itthroughorganicintegrationandt

7、hedepthofcooperationbycomputingtechnology,controlandcommunicationtechnology.Whichtoachievereal-timesensingoflargeengineeringsystems,dynamiccontrolandinformationservices.CPSrealizesintegrationdesignwhichincludingcomputing,communica