具有随机路径自动导引小车且多车道嵌套的制造系统排队网建模与分析

为有效分析具有随机路径自动导引小车(AGV)且多车道嵌套制造系统的性能,考虑AGV状态相关随机运输路径和制造系统的不确定性,采用随机过程理论建立具有有限缓存的开排队网模型描述系统特征;扩展传统的状态空间分解法,依据随机路径AGV与前后制造单元的关联耦合效应建立各节点状态模型,通过纯不连续Markov过程理论分析节点状态转移规律;构建迭代算法求解节点状态的稳态概率,并给出系统各性能指标的计算方法;搭建了系统仿真模型,设计了实验案例,并对比排队网模型与仿真模型的实验结果,验证了状态空间分解法近似求解的有效性,同时对系统的性能指标进行了敏感度分析。     

具有随机路径AGV的制造系统排队网建模与分析

为了有效地分析具有随机物流路径的生产系统性能,在考虑自动导航小车与制造单元之间关联耦合效应的前提下,建立了具有有限缓存开排队网的性能分析模型,并应用状态空间分解法求解系统性能指标值。由于自动导航小车的运货规则为负荷均衡原则,首先基于随机过程理论证明了假设模型具有马尔科夫性,其次建立各节点对应的状态空间模型与状态转移平衡方程,并给出了系统性能指标值的计算方法。通过算例求解并与仿真模型的统计结果进行比较分析,验证了状态空间分解法求解模型的精确性和有效性。     

具有储运单元的柔性流水车间性能分析方法

针对运输批量是变量、具有储运单元的柔性流水车间模型,建立了有限缓存的开排队网模型来描述该问题。依据离散马尔科夫过程的原理,对状态空间分解法进行改良以近似求解该模型。将模型分解为单个到达批量离开(小车前缓存)、批量到达批量离开(小车)与批量到达单个离开(小车后缓存)三个节点,并建立各节点对应的状态空间模型与状态平衡方程。通过仿真模型对比实验验证了状态空间分解法的有效性,并确定了状态空间法求解此类问题的精度。改良的状态空间法为深入了解带储运单元的柔性流水车间的系统性能、对相关系统进行系统设计或资源优化提供了基础。     

基于改进分散搜索算法的多资源跨单元调度问题研究

针对单元制造系统中不同设备、操作人员和自动导引小车的特点以及对制造系统的作用,提出了多资源约束下的跨单元调度问题。以零件延期交货、员工工作人数及跨单元移动次数、自动导引小车数量最少为目标,构建目标规划模型。针对模型的特殊性,提出了改进分散搜索算法,算法中应用遗传算法获得新解,应用模式搜索法改进新解,进一步提高了算法的收敛速度。最后将此模型及算法应用于不同规模的8个算例,证明了模型和算法的有效性,针对算例进行详细分析,说明设备、人员和自动导引小车在调度过程中的相互作用。     

多层车间中自动存取系统的AGV配置优化

为节省企业成本，更好地适应市场的竞争环境，考虑多层车间与自动存取系统的规划设计问题变得愈发重要。针对定制型装备制造企业，多层车间中自动小车存取系统的自动导引小车(AGV)数量配置优化，研究将排队网络分析模型与启发式算法相结合的优化方法。以最小化AGV投资成本为目标函数，建立以吞吐率和空闲AGV数量两个性能指标双重约束的优化模型。由于约束条件无法用决策变量的封闭形式表示，提出排队网络模型用于求解性能指标，并通过将性能分析方法嵌入进启发式算法来优化AGV的配置方案。最后设计实验算例，通过将算例结果与仿真实验结果进行对比，验证了所提方法的有效性和准确性。     

基于改进量子微粒群的轨道导引小车系统建模与优化

为提高自动小车存取系统中轨道导引小车系统的出入库作业效率,提出了一种基于改进量子微粒群的优化方法。分析了轨道导引小车系统出入库作业任务队列特征,建立了数学模型。在此基础上利用量子微粒群算法进行优化调度,并在该算法中引入高斯变异算子,克服了其容易陷入局部最优的缺点。通过仿真实验表明了方法的可行性和有效性。     

一种AGV系统的整体架构设计

为了降低地面系统的负载压力,提出一种自动导引小车系统架构(FAGVS)。该架构采用分布式协作思想将地面系统的部分功能下移到车载系统,利用车载系统的分布式计算能力使自动导引小车协作完成运输任务。该设计对整体系统进行重新构造,不仅可以降低地面系统压力,还可使自动导引小车具有自主移动等能力。对FAGVS进行了形式化定义,描述了各模块间的关系,并论述了关键技术,最后通过实验对比了FAGVS与一般自动导引小车系统的优劣。自动导引小车在工厂的成功应用表明所提架构具有一定的实用价值。     

基于改进遗传算法的自动导引小车动态路径规划及其实现

针对传统遗传算法求解自动导引小车动态路径规划易早熟的缺点,提出一种改进遗传算法的自动导引小车动态路径规划算法,针对传统变异算子缺少启发式规则导致变异产生优质解的概率较低和算法早熟的缺陷,基于相连的路径片段组成的三角形建立使路径缩短的启发式变异规则,并提出路径微调算法;为了提高路径的光滑程度便于自动导引小车行驶,提出路径光滑处理算法;为了增加改进遗传算法的局部寻优能力,对每一代的最优解进行模拟退火操作;并且基于MATLAB GUI开发工具开发出自动导引小车动态路径规划仿真平台,以证明所改进遗传算法求解自动导引小车动态路径规划问题的有效性。     

可重构制造系统多态可靠性建模与分析

针对利用传统方法建立多状态系统可靠性模型引起的组合爆炸问题,提出一种基于随机过程方法和改进的通用产生函数法(Universal generating function,UGF)的含中间缓冲区的可重构制造系统(Reconfigurable manufacturing system,RMS)多态可靠性建模方法。利用随机过程方法建立存在非相邻状态转移的可重构机床(Reconfigurable machine tool,RMT)的马尔科夫模型,求解机床各理论稳态概率;定义中间缓冲区状态,并通过分析中间缓冲区对机床可用度的影响,得到中间缓冲区可用度和机床各状态的实际稳态概率;结合RMS和RMT性能多态性的特点,对UGF进行改进。在此基础上,表示设备层和系统层的发生函数,建立多零件族可修RMS的多态可靠性模型,并对系统的各项性能指标进行分析。以双零件族四工序非串行缸盖机加工系统为例,验证该模型与分析方法的有效性。     

自动小车存取系统中轨道导引小车环路死锁控制的研究

为防止自动小车存取系统中轨道导引小车环路死锁现象,提出了一种基于Petri网和有向图的死锁控制方法.该方法首先应用有色赋时Petri网建立了自动小车存取系统的动态模型,并结合有向图工具,阐述了导致环路死锁的原因.在此基础上,针对单一轨道双向运行的轨道导引系统,探讨了其环路死锁的主要表现形式,给出了轨道导引小车无死锁运行的充要条件,并提出了包含临界状态在内的死锁避免控制策略.最后,结合实例说明了环路死锁控制的有效性.     

FMS中自动导引车路径规划

针对柔性制造系统中自动导引小车(AGV)路径规划的问题,给出了一种动态路径时间模型,通过注册和删除自动导引小车在路径节点上的登记信息来更新模型;基于此模型,提出了一种基于A*算法的多AGV动态路径规划方法,该方法对潜在的冲突进行检测,并分类处理,避免了潜在的碰撞和冲突,从而有效的搜索最短时间路径;同时给出了算法的具体求解过程;最后结合基于VC++6.0开发的AGV控制系统软件对算法进行仿真,实例与仿真证明了算法的可行性。     

多自动导引车路径规划的时空冲突约束A*算法

针对自动导引小车(AGV)在仓储物流搬运系统中的路径冲突问题,提出一种基于时空冲突约束的A*算法.先在拓扑栅格地图的基础上加入时间轴建立时空地图模型,再针对时空地图的特点和冲突约束条件重新设计A*算法的子节点扩展规则和节点评估函数.利用改进后的A*算法按照优先级顺序为各个AGV规划路径,规划完成一条路径后,用mark表记录其在时空地图中的节点信息,再利用改进后的A*算法结合mark表搜索新路径.通过仿真实验证明了该算法的有效性.     

基于边缘计算的工业应用:自动导引小车控制系统

目前大多数自动导引车控制系统使用云计算框架,实时性差。云端与自动导引小车之间有较大的网络延迟,这使得自动导引小车中如避障、路径规划以及障碍物识别等高实时性任务不能得到及时响应。由此提出一种基于边缘计算的自动导引小车控制系统,具有云服务层、边缘层和设备层3层架构。实时性高的计算任务部署在边缘节点,靠近自动导引小车,计算发生在数据生产者附近,可以减少任务处理延迟时间,提高实时性。实验证明,在执行相同任务时,基于边缘计算的控制系统比基于云计算的控制系统减少46.4%～58.8%的计算延时。     

基于状态熵的制造系统结构复杂性建模与评价

针对现有结构复杂性建模方法存在的不足,在考虑中间缓冲区状态对制造系统状态影响的基础上,提出一种基于通用发生函数法和信息熵理论的非串行制造系统结构复杂性建模与评价方法,从系统角度对制造系统的复杂性进行测度。通过建立中间缓冲区的状态转移方程,定义缓冲区的状态,分析中间缓冲区状态对非串行制造系统各工位加工设备状态的影响,将原制造系统转化为等效系统;利用通用发生函数法描述各等效加工设备的性能及其发生概率,并将制造系统分解成若干并联和串联子系统,引入并联和串联复合算子求解整个系统的发生函数,得到系统的状态空间及其对应的概率空间;从系统角度出发,利用信息论中的信息熵模型建立非串行制造系统的结构复杂性模型。以某车间的非串行缸盖柔性加工线为例,验证该模型与评价方法的有效性。     

基于脆性理论的多状态制造系统可靠性分析

针对传统制造系统可靠性分析方法的不足,将复杂系统脆性理论与多状态制造系统理论相结合,提出一种基于脆性理论的多状态制造系统可靠性分析方法。研究了制造系统多态性的产生机理与脆性激发机理,从加工过程、人员、环境三个方面构建了脆性激发因素集以及三方面因素之间的相互耦合关系,并给出各脆性激发因素风险度、耦合度与脆性度的量化方法;引入状态空间模型,描述了脆性效应作用下多状态制造系统的状态演变过程,在此基础上建立多状态制造系统的状态演变模型;提出一种考虑脆性效应的改进通用生成函数法,分别定义了多状态制造系统及其设备单元的生成函数,对多状态制造系统的工作性能状态与实际稳态可靠度等指标进行了分析。以国内某制造企业的双缸体零件族制造系统为例,证明了所提方法的可用性与有效性。     

集成质量系统环境下基于过程取证的质量体系运行监管模式

为提升制造企业质量体系运行状态管理的能力,提出了集成质量系统环境下基于过程取证的质量体系运行监管模型。该模型将质量体系监管活动与集成质量管理系统相结合,通过在集成质量系统的相关业务节点嵌入取证代理组件,实现对质量体系运行过程的自动取证与监管,以及质量体系运行状态监管活动的日常化与过程化。建立了集成质量系统运行空间向质量体系监管空间的映射模型,构建了基于可配置检查单的监管业务模型,依托某集成质量系统环境开发了原型系统,并在典型工程环境中进行了验证。     

基于改进花授粉算法的共融AGV作业车间调度

针对传统智能算法求解自动导引小车与机器集成的车间调度问题效率低且易早熟的缺点,提出一种基于改进花授粉算法的车间调度算法。其中,基于主成分分析法提出新的变异算子以增强算法对解空间的感知能力和跳出局部极值的能力;引入交叉算子以提高花授粉算法的全局搜索能力;基于染色体相似度矩阵提出一种自适应个体初始化生成策略以提高初始种群的多样性。面向该集成调度问题需求,建立了机器与自动导引小车集成的调度数学模型,然后采用新的解码算法和新解接受机制对模型进行求解。最后通过搭建集成调度实验平台验证了所提改进算法的有效性。     

带批量储运环节的装配制造系统建模与分析

同时包含装配单元及物料储运环节的定制型装备制造系统,由于装配工序的同时性约束和物料的随机批量运输之间存在耦合作用,用传统的建模方法描述时容易产生状态空间的维数灾难。为此提出一种基于带阻塞的有限缓存开排队网建模方法。基于连续时间马尔可夫链的原理,建立了系统各节点对应的状态空间模型及状态转移平衡方程。应用迭代算法求解状态转移平衡方程组,获得系统各稳态状态的概率分布,并给出系统性能指标值的计算方法。最后进行算例求解并与仿真模型的结果进行比较分析,验证了状态空间分解法求解模型的精确性,从而为系统资源的优化配置提供了基础。     

基于改进灰狼优化算法的自动导引小车路径规划及其实现原型平台

针对智能优化算法求解自动导引小车路径规划问题效率低且易早熟的缺陷,提出一种用于求解复杂环境下自动导引小车路径规划问题的改进灰狼优化算法。算法引入路径微调算子和邻域变异算子来提高灰狼优化算法的局部开发能力,又引入新的初始解生成算法提高初始种群的质量;采用改进的路径片段与障碍物相交判断算法来提高算法的运行效率,再采用新的避障算子来提高路径片段避开障碍物的效率。基于MATLAB GUI开发工具开发了带有多种智能优化算法的自动导引小车路径规划仿真原型平台,并与单种群遗传算法、多种群遗传算法和改进遗传算法进行对比,验证了改进灰狼优化算法求解自动导引小车路径规划的有效性。     

基于Backstepping的改进等速趋近律AGV滑模轨迹跟踪控制方法

针对自动导引小车(AGV)轨迹跟踪过程中如何快速平稳消除行进所产生的距离和角度误差问题,提出了一种改进等速趋近律的滑模轨迹跟踪控制方法。在全局坐标系下建立了AGV运动学模型,基于反演算法(Backstepping)处理非线性系统的控制策略得到AGV的滑模切换函数,从而解决了非线性系统滑模控制切换函数难的问题;为了更好地实现AGV从任意初始的偏差状态达到滑模切换面,针对等速趋近律中ε常数对趋近过程的影响,通过连续的函数取代原趋近律中的符号函数,得到基于改进等速趋近律AGV滑模控制的切换函数式和轨迹跟踪的控制律式。通过仿真数据与实验结果表明,所提出的轨迹跟踪控制方法能够使AGV在不同转弯半径和不同速度下均能实现较快的误差纠偏,并最终使系统趋于稳定。