基于激素反應擴散原理的制造系統動態協調方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于激素反應擴散原理的制造系統動態協調方法，該方法主要是受內分泌系統激素反應擴散機制的啟發，實現了一種基于激素反應擴散原理的制造系統動態協調方法，設計了兩種可以相互影響的激素，來迅速尋優，其中為了拓展尋優的解空間，還使用了遺傳交叉變異的方法來對可行解進行操作，以便在多工藝路線的情況下，根據生產任務可以對資源進行更合理的選擇和分配；同時對于制造系統中的突發事件進行響應，可以提高系統的敏捷性。

Dynamic coordination method of manufacturing system based on hormone reaction diffusion principle

The invention discloses a manufacturing system dynamic coordination method of hormone reaction diffusion based on the principle of this method is mainly inspired by the endocrine system hormone reaction diffusion mechanism, implementation of a manufacturing system dynamic coordination method based on the principle of hormone reaction diffusion, designed two kinds of hormones can affect each other, to quickly search, which in order to expand the search solution space, we also use the method of genetic crossover and mutation to operate on the feasible solution, so that in the case of multi process routes, according to the production task can be selected and more reasonable distribution of resources; at the same time for emergency response in the manufacturing system, can improve the system agility.

【技術實現步驟摘要】
基于激素反應擴散原理的制造系統動態協調方法
本專利技術涉及一種基于激素反應擴散原理的制造系統動態協調方法，屬于制造系統動態協調優化決策領域。
技術介紹
隨著人工智能研究領域的拓展與深入，人體信息處理機制的智能模型逐漸成為一個新的研究熱點，其系統結構、功能及其調控機制的多樣性、復雜性、可靠性、適應性和高效性等值得我們在研究制造系統時進行借鑒和參考。而內分泌系統更是人體信息處理系統中的核心部分，其中復雜和獨特的基于激素反應擴散機制信息處理方式可以給予研究者很多啟發。這種基于內分泌系統激素反應擴散機制的協調方法是一種隱式的動態協調方法，根據體液中激素濃度變化的調節作用，可以將眾多獨立的個體迅速的引導協調到當前系統總體所最需要的工作中，從而實現了系統內部資源之間的全面協調與合作。內分泌系統通過激素的反應擴散來實現調控作用，其通信量小，能實現快速同步協調與合作，通過刺激或抑制其它內分泌細胞的分泌活動來保持機體內環境的穩定，從而達到機體功能整體最優的目的。并且，這種基于激素反應擴散機制的非符號式通信方法稱為隱式協調機制，其與基于制造系統控制系統中常用的LR、PetriNet和CNP等顯示協調機制相比較，具有信息通信量小、協調簡單、易于實現等優點。基于此，受內分泌系統中激素反應擴散機制的啟發，設計了一種基于激素分泌調節原理的任務協調優化算法，對生產任務進行實時優化分配，并能夠針對各種突發事件進行快速反應，使得設備資源得到合理利用。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本專利技術提供了一種基于激素反應擴散原理的制造系統動態協調方法。為了達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案是：基于激素反應擴散原理的制造系統動態協調方法，包括以下步驟，步驟1，分析離散式制造系統的生產任務與資源協調優化過程，建立數學模型及其約束條件；步驟2，受內分泌系統激素調節機制啟發，在已建立的數學模型基礎上，構建車間管理層的生產任務激素信息，構建工藝路線的資源反饋激素信息；步驟3，對所有資源的生產能力建立生產能力表，并評估其生產能力，建立激素信息節點，存放其針對各種生產任務對應的激素分泌量，構成可以容留激素的離散式制造系統“體液”內環境；步驟4，生產任務到達后，進行工藝分解，根據車間實際資源狀況生成若干條工藝路線，然后由約束條件進行校驗，對實際情況進行調整，并隨機生成在各個工藝路徑上生產的工件數量；步驟5，生成生產任務激素，并將其釋放到公共環境中；步驟6，車間生產資源層感知到生產任務激素，根據各個工藝路線的實際狀態對其進行響應，當某條工藝路線上的資源生產成本低，且滿足約束條件的要求，則增大其激素分泌量；反之則減少其分泌量；步驟7，生成資源反饋激素，并將其釋放到公共環境中；步驟8，車間控制層感應到資源反饋激素，再根據其中的信息對生產任務激素進行更新，調整其中各個工藝路徑上生產的工件數量，并通過遺傳交叉變異方法進行全局優化；步驟9，根據目標函數對交叉變異后的新分配方案進行計算，并對所有解依次進行排序、篩選、末位淘汰，計算出可行解空間矩陣，并以此生成資源反饋激素；步驟10，設置循環條件，根據步驟5～9中的所述方法進行循環操作，求解在多工藝路線的情況下，按照離散式制造系統模型目標，任務與資源的最合理的選擇和分配。離散式制造系統的數學模型為，minCtotal(P)＝CP(P)+CT(P)約束條件為，其中，Ctotal(P)為總生產成本，CP(P)為工件生產費用，CT(P)為工件運輸費用，RP為可以生產的工藝路線總數，Nrp為在工藝路線rp上工件P的生產數量，Crp為在工藝路線rp上單個工件P的生產成本，CTrp為在工藝路線rp上工件P的運輸成本，NP為代生產工件P的總量，Trp為在工藝路線rp上工件P的生產時間，TTrp為在工藝路線rp上工件P的運輸時間，T為完工時間，DP為生產任務的交貨期。生產任務激素用三元組hx(Job_id,Num,Info)構建，資源反饋激素用四元組hy(Routh_id,c,t,ρ)構建；其中，Job_id表示代生產任務的編號，Num表示工件的數量，Info表示生產任務的相關工藝信息，Routh_id表示工藝路線編號，c表示該工藝路徑的成本信息，t表示該工藝路徑上的加工時間，ρ表示激素分泌量。激素分泌量更新公式：ρrp(t+1)＝αρrp(t)+Δρ其中，ρrp為工藝路線rp上的激素分泌兩量，α為激素的保留率，Q為已知固定常數量，t表示當前時間，t+1表示下一個工件到達時間。離散式制造系統在生產過程中，出現突發事件時，具體的動態協調過程為，S1、根據突發事件的生產工藝從資源庫中選取合適的可加工設備；S2、依據激素容留環境中殘留在各個資源激素信息節點中的激素量，疊加得到各條工藝路線的現有的資源反饋激素中的激素分泌量；具體公式為，其中，ρi為工藝路線中所選擇的資源i上所殘留激素分泌量，n表示工藝路線長度；S3、更新離散式制造系統中的生產任務激素信息和資源反饋激素信息；S4、運行已有的激素動態協調算法，即步驟5～9，為突發事件協調匹配合適的資源。本專利技術所達到的有益效果：本專利技術主要是受內分泌系統激素反應擴散機制的啟發，實現了一種基于激素反應擴散原理的制造系統動態協調方法，設計了兩種可以相互影響的激素，來迅速尋優，其中為了拓展尋優的解空間，還使用了遺傳交叉變異的方法來對可行解進行操作，以便在多工藝路線的情況下，根據生產任務可以對資源進行更合理的選擇和分配；同時本專利技術對于制造系統中的突發事件進行響應，可以提高系統的敏捷性。附圖說明圖1為本專利技術的流程圖。圖2為多工藝路線有向圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本專利技術的技術方案，而不能以此來限制本專利技術的保護范圍。如圖1所示，基于激素反應擴散原理的制造系統動態協調方法，包括以下步驟：步驟1，分析離散式制造系統的生產任務與資源協調優化過程，建立數學模型及其約束條件。離散制造系統生產任務與資源協調優化問題可以描述為：數量為NP的代加工工件p，將其中的生產任務進行工藝分解后，可以得到一個如圖2所示的多工藝路線的生產任務與資源對應的可選資源工序有向圖，3條可執行工藝路線，Sp1～Sp9表示針對工件p的加工中可用的資源。以生產成本最小為目標建立離散式制造系統及數學模型及其約束條件為：離散式制造系統的數學模型為，minCtotal(P)＝CP(P)+CT(P)約束條件為：要保證所有生產任務均能夠與對應的資源配對，且能夠在規定的時間內完成，具體為，其中，Ctotal(P)為總生產成本，CP(P)為工件生產費用，CT(P)為工件運輸費用，RP為可以生產的工藝路線總數，Nrp為在工藝路線rp上工件P的生產數量，Crp為在工藝路線rp上單個工件P的生產成本，CTrp為在工藝路線rp上工件P的運輸成本，NP為代生產工件P的總量，Trp為在工藝路線rp上工件P的生產時間，TTrp為在工藝路線rp上工件P的運輸時間，T為完工時間，DP為生產任務的交貨期。步驟2，受內分泌系統激素調節機制啟發，在已建立的數學模型基礎上，構建車間管理層的生產任務激素信息，構建工藝路線的資源反饋激素信息。生產任務激素用三元組hx(Job_id,Num,Info)構建，資源反饋激素用四元組hy(Routh本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于激素反應擴散原理的制造系統動態協調方法，其特征在于：包括以下步驟，步驟1，分析離散式制造系統的生產任務與資源協調優化過程，建立數學模型及其約束條件；步驟2，受內分泌系統激素調節機制啟發，在已建立的數學模型基礎上，構建車間管理層的生產任務激素信息，構建工藝路線的資源反饋激素信息；步驟3，對所有資源的生產能力建立生產能力表，并評估其生產能力，建立激素信息節點，存放其針對各種生產任務對應的激素分泌量，構成可以容留激素的離散式制造系統“體液”內環境；步驟4，生產任務到達后，進行工藝分解，根據車間實際資源狀況生成若干條工藝路線，然后由約束條件進行校驗，對實際情況進行調整，并隨機生成在各個工藝路徑上生產的工件數量；步驟5，生成生產任務激素，并將其釋放到公共環境中；步驟6，車間生產資源層感知到生產任務激素，根據各個工藝路線的實際狀態對其進行響應，當某條工藝路線上的資源生產成本低，且滿足約束條件的要求，則增大其激素分泌量；反之則減少其分泌量；步驟7，生成資源反饋激素，并將其釋放到公共環境中；步驟8，車間控制層感應到資源反饋激素，再根據其中的信息對生產任務激素進行更新，調整其中各個工藝路徑上生產的工件數量，并通過遺傳交叉變異方法進行全局優化；步驟9，根據目標函數對交叉變異后的新分配方案進行計算，并對所有解依次進行排序、篩選、末位淘汰，計算出可行解空間矩陣，并以此生成資源反饋激素；步驟10，設置循環條件，根據步驟5～9中的所述方法進行循環操作，求解在多工藝路線的情況下，按照離散式制造系統模型目標，任務與資源的最合理的選擇和分配。...

【技術特征摘要】
1.基于激素反應擴散原理的制造系統動態協調方法，其特征在于：包括以下步驟，步驟1，分析離散式制造系統的生產任務與資源協調優化過程，建立數學模型及其約束條件；步驟2，受內分泌系統激素調節機制啟發，在已建立的數學模型基礎上，構建車間管理層的生產任務激素信息，構建工藝路線的資源反饋激素信息；步驟3，對所有資源的生產能力建立生產能力表，并評估其生產能力，建立激素信息節點，存放其針對各種生產任務對應的激素分泌量，構成可以容留激素的離散式制造系統“體液”內環境；步驟4，生產任務到達后，進行工藝分解，根據車間實際資源狀況生成若干條工藝路線，然后由約束條件進行校驗，對實際情況進行調整，并隨機生成在各個工藝路徑上生產的工件數量；步驟5，生成生產任務激素，并將其釋放到公共環境中；步驟6，車間生產資源層感知到生產任務激素，根據各個工藝路線的實際狀態對其進行響應，當某條工藝路線上的資源生產成本低，且滿足約束條件的要求，則增大其激素分泌量；反之則減少其分泌量；步驟7，生成資源反饋激素，并將其釋放到公共環境中；步驟8，車間控制層感應到資源反饋激素，再根據其中的信息對生產任務激素進行更新，調整其中各個工藝路徑上生產的工件數量，并通過遺傳交叉變異方法進行全局優化；步驟9，根據目標函數對交叉變異后的新分配方案進行計算，并對所有解依次進行排序、篩選、末位淘汰，計算出可行解空間矩陣，并以此生成資源反饋激素；步驟10，設置循環條件，根據步驟5～9中的所述方法進行循環操作，求解在多工藝路線的情況下，按照離散式制造系統模型目標，任務與資源的最合理的選擇和分配。2.根據權利要求1所述的基于激素反應擴散原理的制造系統動態協調方法，其特征在于：離散式制造系統的數學模型為，minCtotal(P)＝CP(P)+CT(P)約束條件為，

【專利技術屬性】
技術研發人員：顧文斌，王怡，張薇薇，苑明海，
申請(專利權)人：河海大學常州校區，
類型：發明
國別省市：江蘇,32