基于多Agent的面向订单的柔性生产动态调度系统技术方案

本发明专利技术提供基于多Agent的面向订单的柔性生产动态调度系统。该系统包括工艺Agent、监控Agent、管理Agent、资源模块和算法Agent；工艺Agent负责管理系统的产品工艺信息，为其他Agent提供数据查询服务；监控Agent负责采集设备工作状态信息并进行故障分析；管理Agent是系统的消息中转站，负责管理全体Agent；资源模块有车间Agent和设备Agent组成，设备Agent负责对设备的工作进度进行模拟，车间Agent负责管理其下的设备Agent；算法Agent封装系统的调度方法和重调度方法，为其他Agent提供计算服务。该调度系统和方法能够提高制造业对制造资源的利用率和管理水平，并能快速响应异常因素，保证制造过程的持续稳定高效。

【技术实现步骤摘要】
基于多Agent的面向订单的柔性生产动态调度系统
本专利技术属于车间调度控制
，具体涉及一种基于多Agent的面向订单的柔性生产动态调度系统。
技术介绍
现代制造业面临着越来越复杂的制造环境，主要体现在以下几点：（1）随着生活水平的提高，人们更加关注个性化和多样化的商品，客户需求更加动态多变，企业的生产模式逐渐以面向小批量的订单生产甚至是单件生产为主，因此企业需要解决订单随机、产品种类繁多等制造难题。（2）企业的制造资源呈现分布式的特征。一个企业可能拥有若干工厂，分别位于不同地理位置，每个工厂的车间结构、设备配置等均可能存在差异。在确定生产调度方案时，需要综合考虑任务在各工厂各车间的分解分配问题。（3）产品的生产加工过程具有更多的柔性，例如一个零部件的加工往往存在多个可选的加工工艺，其中的工序能在多台设备上进行，对应不同的加工时间。柔性车间调度是典型的NP-hard问题，需要使用合理的调度方法兼顾求解速度和质量。（4）生产制造环境充满不确定性，如零部件测试不合格需返工返修、设备故障、原料短缺、订单更改等。当以上异常因素发生时，需要对原有生产线调度方案进行变更以重新满足订单的交货期。目前多Agent系统作为人工智能的热点研究领域，其内的Agent拥有自主性和自适应性，能够通过与其他Agent交互和相互配合来完成大型复杂的任务，同时能根据环境信息快速响应外界的请求，成为了现代柔性车间调度的研究热点。据查，宁波赛夫科技有限公司申请了“工厂智能车间实时调度系统”专利（专利号：201610403522.5），该专利的工厂智能车间实时调度系统使用智能化和信息化技术对车间生产线、物流运输系统、生产控制系统、报警系统等进行管理，能够有效提高调度系统对工厂的生产管理水平，但其中的报警系统更多是对环境的温度、亮度、空气质量、噪声等进行检测，而没有涉及生产设备的故障信息的采集和分析以及故障引起的生产重调度，同时对车间设备的加入和移除的反馈不够及时，影响了系统的实用性。中国科学院自动化研究所申请了“基于多智能体的车间自主调度系统和方法”专利（专利号：201611100675.9），该专利的自主调度系统的特点在于为所有工件、设备和物流工具设置对应的智能体，收集生产过程中的数据，发生故障及时报警，一定程度上能够保证系统的鲁棒性和可靠性，但对故障的诊断较为简单，没有充分考虑故障的种类的影响，并且在生产控制中仅考虑固定位置的一个工厂，没有兼顾企业分布式的制造资源，因此并不是通用性的调度系统。中国科学院自动化研究所申请了“面向智能制造的车间智能体组”专利（专利号：201611100674.4），该专利的车间调度智能体组的特点在于对已有多智能体车间调度系统的结构进行优化，设计了总管智能体、分管智能体和基本智能体来相互协调完成生产任务，能够提高生产效率。该智能体组能够作为通用的调度系统，但是由于智能体（Agent）的种类少，分工不明细，功能过于集中，反而降低了整体的灵活性，同时对故障只发起简单的警报而没有根据故障类型和影响进行对应的重调度，因此实用性较低。综上，我国目前的车间调度系统结合各种调度算法一般都能够生成高效的调度方案，但是这些调度方案存在以下问题：（1）资源利用率不高，基本只针对集中生产控制的制造企业，没有考虑联合分布在各地的工厂车间的制造资源来进行订单任务的分解分配。（2）信息化管理水平不高，忽略了对生产设备、产品工艺信息的形式化表示，因此对信息的增删查改的反应不够及时、灵活。（3）没有考虑故障对原调度方案的影响，或者不能充分考虑故障的种类和影响而采取对应的重调度策略。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有车间调度系统的缺点与不足，提供一种基于多Agent的面向订单的柔性生产动态调度系统，合理利用企业的分布式制造资源，提高现代制造业的生产效率、管理水平以及应对制造环境变化的响应能力。本专利技术着重提高制造企业的生产效率以及资源利用率。为提高制造企业的生产效率，本专利技术根据制造企业的功能和结构，把其中各模块封装为Agent，对应不同的物理或逻辑实体，构建了多Agent系统，通过Agent间的灵活交互和配合，完成了从订单任务输入、任务分配、调度方案的计算到对异常状况的响应等一系列生产加工流程，尤其在发生设备故障时，通过各Agent的协调合作，根据故障类型和影响采用对应的重调度方案，能够在短时间内响应异常状况，保证系统的生产效率，提高系统的稳定性和鲁棒性；本专利技术在提高资源利用率上，根据现代制造业的分布式特征，即存在若干工厂车间分布在不同的地理位置，提出一种基于订单任务的分解分配方法，该方法综合考虑各工厂的资源配置和制造能力，对任务进行分解分配，减少分布式制造资源的闲置率。同时，为提高企业的信息化管理水平，针对产品的层次进行工艺信息的分级管理，加强了对产品工艺信息增删查改的反应速度。为达上述目的，本专利技术采用的技术方案如下。基于多Agent的面向订单的柔性生产动态调度系统，其包括工艺Agent、监控Agent、管理Agent、资源模块和算法Agent；工艺Agent负责管理系统的产品工艺信息，为其他Agent提供数据查询服务；监控Agent负责采集设备工作状态信息并进行故障分析；管理Agent是系统的消息中转站，负责管理全体Agent；资源模块有车间Agent和设备Agent组成，设备Agent负责对设备的工作进度进行模拟，车间Agent负责管理其下的设备Agent；算法Agent封装系统的调度方法和重调度方法，为其他Agent提供计算服务；基于订单任务的分解分配方法来得到订单任务在企业分布式工厂车间的若干分配可行解，并由算法Agent计算每个可行解的调度时间，由管理Agent筛选最优的调度方案；当系统内存在设备故障、订单更换等异常因素时，由管理Agent启动重调度流程，重新构建任务以及重调度设备集合后，由算法Agent执行重调度方法；所述系统是指柔性生产动态调度系统。进一步的，所述工艺Agent管理的工艺信息用于表示系统所能生产加工的产品种类、产品需要的原材料、产品中各零部件的加工工艺流程以及其中各个工序的机器选择信息；一种产品在结构上由若干零部件装配而成；一个零部件从投入生产到完成需要经过多道工序的加工；每道工序能在若干机器上进行加工，对应不同的完成时间；工艺Agent所存储管理的产品工艺信息分为三种：产品工艺信息、零部件工艺信息和工序加工信息。进一步的，所述产品由若干零部件组成，对应的产品工艺模型由三元组<I,S,R>来表示，I代表产品信息，S代表产品的零部件组成，R代表约束；产品信息包括产品名称、产品ID、规格和精度；零部件组成声明产品的结构；约束表示零部件在生产上的约束关系，若零部件可并行生产，代表该产品的生产具有柔性；所述零部件需要经历若干道工序的加工，对应的零部件工艺模型由三元组<I,S,R>表示，I代表零部件信息，S代表零部件的工序组成，R代表约束；零部件信息包括零部件名称、零部件ID、需要的原材料、规格和精度；零部件的工序组成表示该零部件从生产到完成需要经历的工序；约束表示工序的顺序约束；在零部件的若根据该约束能得到多条可选的工艺路线，表示产品的生产具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于多Agent的面向订单的柔性生产动态调度系统，其特征在于包括工艺Agent、监控Agent、管理Agent、资源模块和算法Agent；工艺Agent负责管理系统的产品工艺信息，为其他Agent提供数据查询服务；监控Agent负责采集设备工作状态信息并进行故障分析；管理Agent是系统的消息中转站，负责管理全体Agent；资源模块有车间Agent和设备Agent组成，设备Agent负责对设备的工作进度进行模拟，车间Agent负责管理其下的设备Agent；算法Agent封装系统的调度方法和重调度方法，为其他Agent提供计算服务；基于订单任务的分解分配方法来得到订单任务在企业分布式工厂车间的若干分配可行解，并由算法Agent计算每个可行解的调度时间，由管理Agent筛选最优的调度方案；当系统内存在设备故障、订单更换等异常因素时，由管理Agent启动重调度流程，重新构建任务以及重调度设备集合后，由算法Agent执行重调度方法；所述系统是指柔性生产动态调度系统。

【技术特征摘要】
1.基于多Agent的面向订单的柔性生产动态调度系统，其特征在于包括工艺Agent、监控Agent、管理Agent、资源模块和算法Agent；工艺Agent负责管理系统的产品工艺信息，为其他Agent提供数据查询服务；监控Agent负责采集设备工作状态信息并进行故障分析；管理Agent是系统的消息中转站，负责管理全体Agent；资源模块有车间Agent和设备Agent组成，设备Agent负责对设备的工作进度进行模拟，车间Agent负责管理其下的设备Agent；算法Agent封装系统的调度方法和重调度方法，为其他Agent提供计算服务；基于订单任务的分解分配方法来得到订单任务在企业分布式工厂车间的若干分配可行解，并由算法Agent计算每个可行解的调度时间，由管理Agent筛选最优的调度方案；当系统内存在设备故障、订单更换等异常因素时，由管理Agent启动重调度流程，重新构建任务以及重调度设备集合后，由算法Agent执行重调度方法；所述系统是指柔性生产动态调度系统。2.根据权利要求1所述的基于多Agent的面向订单的柔性生产动态调度系统，其特征在于，所述工艺Agent管理的工艺信息用于表示系统所能生产加工的产品种类、产品需要的原材料、产品中各零部件的加工工艺流程以及其中各个工序的机器选择信息；一种产品在结构上由若干零部件装配而成；一个零部件从投入生产到完成需要经过多道工序的加工；每道工序能在若干机器上进行加工，对应不同的完成时间；工艺Agent所存储管理的产品工艺信息分为三种：产品工艺信息、零部件工艺信息和工序加工信息。3.根据权利要求1所述的基于多Agent的面向订单的柔性生产动态调度系统，其特征在于，所述产品由若干零部件组成，对应的产品工艺模型由三元组<I,S,R>来表示，I代表产品信息，S代表产品的零部件组成，R代表约束；产品信息包括产品名称、产品ID、规格和精度；零部件组成声明产品的结构；约束表示零部件在生产上的约束关系，若零部件可并行生产，代表该产品的生产具有柔性；所述零部件需要经历若干道工序的加工，对应的零部件工艺模型由三元组<I,S,R>表示，I代表零部件信息，S代表零部件的工序组成，R代表约束；零部件信息包括零部件名称、零部件ID、需要的原材料、规格和精度；零部件的工序组成表示该零部件从生产到完成需要经历的工序；约束表示工序的顺序约束；在零部件的若根据该约束能得到多条可选的工艺路线，表示产品的生产具有柔性；所述工序能够在若干机器上进行加工对应不同的加工时间，对应的工序加工信息模型由二元组<I,S>组成，I代表工序信息，S代表工序的机器选择；工序信息包括工序名称、ID；机器选择代表能够完成该工序的设备集合以及对应的加工时间。4.根据权利要求1所述的基于多Agent的面向订单的柔性生产动态调度系统，其特征在于，所述的管理Agent分为全局管理Agent和子管理Agent；全局管理Agent作为系统内的虚拟管理员，能够接收来自用户的生产订单和订单更改、撤销请求、来自监控Agent的故障信息和故障修复信息；由于企业可能在各个地理位置分布有工厂，因此系统为每座工厂其下的资源模块分配一个子管理Agent；子管理Agent通过与全局管理Agent进行交互来管理其下的资源模块，并参与到资源模块的任务分解分配过程。5.根据权利要求1所述的基于多Agent的面向订单的柔性生产动态调度系统，其特征在于，所述的资源模块表示一座工厂的制造资源结构；一座工厂内存在若干车间，每个车间内配置有各类机床、机械臂设备；系统为每台设备分配一个设备Agent，设备Agent负责对所关联的设备的工作进度进行模拟仿真，模拟的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张平，梁慰乐，陈昕叶，李方，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44