制造信息系统的多智能分析与建模研究

为解决先进制造模式下制造信息系统的分析与建模问题，提出了一种基于智能体的信息系统分析与建模方法。在该方法中，信息系统的功能和性能需求用目标层次模型进行描述，模型的构成子目标由对应角色实现，角色间任务、资源和职责的依赖构成了角色关系模型；为获得描述能力更强的系统建模元素，将角色与关系抽象和组合为智能体，并结合相应智能体协作机制设计和结构设计完成信息系统到多智能体系统模型的映射。该方法已成功应用于石化企业设备监测系统的开发。     

基于多智能体的过程企业智能管理模型研究

在过程企业现有的软硬件资源基础上,以过程企业智能管理结构模型为基础,提出了基于多智能体的过程企业智能管理系统模型,建立了相应的管理智能体、通讯智能体、功能智能体,每个智能体可单独实现一定的系统功能,并通过通讯智能体实现系统内及系统与环境之间的信息交换,讨论了过程企业智能管理多智能体系统的运行方式、优化策略。该模型是实现已有软、硬件系统与人的综合集成的有效途径。     

基于PID的制造业多智能体系统一致性分析

以往使用频域法和Lyapunov函数法受到系统时滞影响,曲线收敛速度慢,导致系统多智能体无法达到一致性效果。面对该问题,提出了基于PID的制造业多智能体系统一致性分析。通过构建多智能体系统模型,从工场调度、工作分配、工场资源、拍卖智能体角度出发,研究制造业多智能体系统调度任务,确定各项任务的调度结果。结合PID法对网络拓扑进行邻接矩阵描述,设定预备知识。利用LMI工具箱求解所需的增益矩阵,确定无噪音和有噪音两种情况下的PID参数。设定两个引理并对其验证,消除系统余差,使系统一致性曲线收敛,实现系统一致性,最后设计对比实验,以系统状态轨迹一致性作为实验指标,验证所提方法的有效性。由实验结果可知,该方法曲线收敛速度较快,在15s以内能够达到一致性效果。     

多体动力学模型的Modelica语言建模

对Adams多体模型结构及Modelica模型的转换方法进行了研究。对多体动力学模型结构及建模方式进行分析,根据Adams多体模型结构设计了对应的Modelica多体模型结构。研究了Adams多体模型各组件包含的信息,以及与Modelica模型的异同,提出了各多体组件的转换方法。最后给出了多体模型转换验证实例与结果。该研究有助于提高多领域仿真系统的多体建模效率及与传统多体系统的兼容性。     

面向云制造服务的语义X列表知识表达与推理体系

为实现基于知识的云制造系统智能按需服务,结合X列表模型和本体、语义推理等语义Web技术,提出语义X列表模型;运用该模型分析云制造系统的本体要素概念、属性及要素之间的联系,建立包括需求任务、云资源、云服务和智能代理本体列表的面向云制造的语义X列表体系本体结构模型,提取并构建基于语义网规则语言的跨列表本体交互规则;设计面向云制造的语义X列表系统体系结构,利用接口与云制造系统的集成通信,将本体知识库、事实库与规则库封装进智能代理列表中进行按需服务组合推理;对具体的云制造任务实例建立了语义X列表模型和规则推理机制,通过推理实验验证了该体系方法的有效性和可扩展性。     

多体系统仿真分析平台参数化建模技术研究

针对复杂多体系统建模效率低、建模过程修改频繁等问题,研究了多体系统仿真分析平台的参数化建模技术,提出了一种工程约束推理求解和模型元素更新机制相结合的参数化方法.该方法采用点参数、设计变量参数和元素属性参数构建多体系统参数化模型.通过规则约束和表达式约束,描述了元素属性参数间的工程约束关系.针对工程约束的过程无关性,使用有向图作为参数化求解的内部表达,根据参数间的偏序关系获得工程约束求解序列.结合多体系统模型元素关联关系的特点,提出了一种事件驱动的模型参数化更新机制.最后通过轿车参数化建模实例,验证了该方法的有效性和可靠性.     

基于多智能体的制造系统生产控制建模研究

为提高制造系统生产控制的性能,建立了基于多智能体系统的混合控制模型.该模型把生产控制系统分为管理智能体层、单元智能体层和执行智能体层.管理智能体层负责调度和协调各单元智能体,并对所有智能体进行管理;单元智能体层中的各单元智能体间通过公用数据库相互协作;执行智能体对制造系统内的硬件负责,它们根据局部的本地资源信息及当前状态,接收发布的任务,并对其求解.同一层次的智能体之间是分布式结构.采用基于多智能体的混合控制模式,提高了制造系统生产控制的实时性和灵活性.通过激光拼焊生产系统中的试验,验证了该模型的有效性.     

分层递阶多信号建模算法

多信号模型是一种可应用于大型复杂系统的建模方法.针对大型复杂系统由于依赖关系难以获得而导致建模困难的特点,提出了一种分层递阶建立多信号模型的算法:在已知复杂系统底层各个模块的多信号模型基础上,首先分别计算各底层模块的可达性矩阵,然后将可达性逐层向上合并,最后再根据各层的可达性进行D矩阵合并,从而最终得到系统级D矩阵.该算法避免针对复杂系统直接讨论故障与测试的依赖关系,从而大大降低了系统级多信号建模的难度.最后进行了建模实例分析,并搭建真实电路进行模型验证,验证结果表明了算法的有效性和可行性.该算法有望提高复杂系统多信号模型的建模效率,对于进一步研究基于多信号模型的复杂系统的测试与诊断具有重要的指导意义.     

多智能体模型在多机器人网络遥操作中的应用

通过Internet网络操作远端的机器人可以扩展人类的控制能力,但系统的复杂性和不确定性使如何更好地表现其良好性能成为目前的热点问题。通过对多机器人网络遥操作系统控制模式分析,阐明了以智能体技术为支撑,实现操作者智能与机器人局部自主能力的结合,完成多操作者多机器人Internet网络遥操作任务。在对多智能体技术概述基础上,重点分析智能体之间的联结特点,建立具有公共属性的智能体模块化层次结构,给出各模块的功能描述。在此基础上,实现基于多层分布式黑板模型和智能体节点的多机器人网络遥操作系统体系结构。最后设计一组辅助医学操作试验,通过测试实时避碰智能体的工作状态和效率验证了多智能体结构框架下多机器人网络遥操作的可行性和有效性。     

基于分布式认知的人机交互资源模型

为协调人机交互中的信息需求和资源操作,综合分析了认知过程中的内外表征,提出一种基于分布式认知的资源模型.该模型用信息结构定义和组织各类信息资源,用交互策略配置资源的使用流程,并用智能体描述建模方法和实施策略.通过交互流程和用户界面,实现认知的外部化和表面化,降低了用户在人机交互中的认知负荷.通过一个计算机辅助手机键盘配色原型系统,验证了该模型在实际应用中的实用性与有效性.     

基于Petri网的制造资源调度工作流模型研究

制造资源调度涉及分布、离散、并发等数据和应用的共享,基于工作流活动和扩展的Petri网研究能适用于制造资源调度的工作流模型。在该模型中,为了表示伙伴企业间复杂的协作过程,在传统Petri网的基础上扩展了着色Petri网和赋时Petri网;为了建立制造资源公共数据中心,利用代理技术集成制造资源和封装原有系统;同时,为了表示制造资源调度过程,利用扩展Petri网配置资源,并建立了基于Petri网的工作流模型进行过程仿真。最后,通过基于可扩展标记语言的工作流过程定义,在公用对象请求调度程序体系结构框架下,以Java和动态服务网页等开发工具构建制造资源调度原型系统。该模型的研究和应用能提高联盟企业在异地协作环境下共享资源的效率,为企业间的协作提供可行的方法和理论。     

板材FMS基于规则的面向对象Petri网建模

基于柔性制造系统（FMS）的运行特点，提出了基于规则的面向对象扩展着色赋时Petri网建模方法，该方法集中了面向对象技术和Petri网的优点，并融系统决策规则于模型中，利用该方法建立了板材FMS的模型，为系统仿真和调度研究创造了条件。     

基于Petri网的现场总线系统故障容错分析

在现场总线系统的使用过程中 ,可能会出现各种故障 ,这不仅会影响到设备的安全运行 ,也会对人身安全造成威胁。为此 ,在介绍 Profibus现场总线系统的基础上 ,定义了现场总线系统的故障类型 ,并建立了相应的基于 Petri网的现场总线系统的故障容错模型。通过分析容错模型的运行机理 ,清晰的揭示了系统在发生故障后的行为 ,为进一步的研究打下了良好的基础 ,提供一个新的思路。     

基于含不可观变迁Petri网的码垛机器人零件加工系统故障检测方法

研究了基于含不可观变迁Petri网的码垛机器人零件加工系统故障检测问题。结合机器系统运行过程中的故障特征,对Petri网在机器系统故障诊断中的应用进行了研究,提出了包含不可观变迁Petri网的基本可达树和诊断分析函数的概念及基本可达树故障检测算法。以码垛机器人零件加工系统为例,建立了Petri网系统模型,应用基本可达树故障检测算法进行检测,故障检测结果符合码垛机器人零件加工系统实际运行情况,验证了该方法的有效性。     

基于Petri网和模拟退火遗传算法的并行测试研究

针对自动测试系统中并行测试任务调度复杂、难以优化的问题，提出了一种Petri网技术和模拟退火遗传算法相结合的任务调度优化算法。首先为并行测试系统建立时间Petri网模型，然后将激发的变迁序列集作为并行测试任务调度路径。为了得到最优路径，引入模拟退火遗传（GASA）算法进行搜索。在搜索过程中，将能激发的变迁序列作为染色体，进行选择、交叉和变异。为了防止算法出现收敛过早，陷入局部最优解的现象，还要对个体进行模拟退火操作，最后得到测试完成时间最短的任务调度序列。     

基于Petri-PERT复杂产品生产过程的优化

为了解决制造业生产层资源利用最优化的问题，提出了Petri-PERT，该技术把Petri网和PERT融合在一起。以复杂产品生产过程为例，首先建立Petri网模型，得出资源间的冲突关系；建立好生产体系，利用PERT计算出各个工序的时间，并基于这些时间和冲突关系制定出整个生产过程的时间表；依照时间表的次序指导生产，同时生产层反馈各工序的工作状态；根据反馈信息，利用PERT预测出负荷变化，重新制定时间表。这样很好地解决了生产过程中的延误现象，优化了整个生产层。     

基于复杂工作系统性能分析的Petri网建模

Petri网是研究离散事件动态系统的有效工具，它通过对实际问题构造Petri网，揭示出系统的动态特性。本文以某质量检测机构为研究对象，进行Petri网建模，分析系统在资源分配，运行方式等方面性能，并对系统的时间性能作出整体评估。     

A resource decoupling approach for deadlock prevention in FMS

Many deadlock prevention approaches have been suggested in the literature for Petri net models of flexible manufacturing systems, based on siphon enumeration and control. With medium and large problem dimensions, such methods often require both an excessive computational load and extremely large control sub-nets, making them unfeasible or impractical. In this work, a simple approach is proposed for the design of sub-optimal but compact controllers. The approach is based on the anticipated allocation of a sub-set of resources that decouples the deadlock prevention problem in two much smaller and simpler problems, each devoted to the deadlock prevention for a sub-set of resources only. The application of the two designed control sub-nets to the original Petri net together with resource anticipation ensures deadlock prevention. A heuristic algorithm is also provided for the selection of a suitable resource partition, in order to maximize the control quality and performance. Several illustrative benchmark examples are provided.     

Construction and performance analysis of a Petri net model based on a functional model in a CIM system

The so-called functional models, such as IDEF0, are useful tools for describing, designing and analysing the functional aspects of a complex manufacturing system, for example a CIM (computer integrated manufacturing) System. Though it involves considerable time and cost to build a sound functional model, the model usually cannot be used directly in further systems analysis procedures, such as quantitative performance analyses, due to its informal nature. To overcome this problem, we suggest a Petri net based procedure. First, we build a Petri net model from the IDEF0 and IDEF3 models, both of which are functional modelling tools widely used in real applications. Then, employing steady-state analysis for the Petri net, we propose a method to obtain performance measures such as the production rate. Since the analytical ability of a Petri net diminishes with increasing manufacturing system size, we develop a technique to aggregate and consolidate the Petri net to alleviate this problem that is associated with increasing complexity. An example problem is included to show the viability of our method for constructing a Petri net from a functional model and to evaluate the performance of the Petri net in an analytic manner.     

Material flow and control sequence specification of flexible production systems using coloured Petri nets

Starting with the specification of each resource and the whole structure of a flexible production system, in this approach a special kind of coloured Petri nets is used for performing the modelling and the validation of the coordination control structure of the systems. In a second phase, it is proposed to modify the first models to synchronised Petri net schemas to facilitate the supervision and the interaction of the coordination model with the physical components of the system as well as the development and maintainability of the discrete-event control structures. The final result is a formal specification of coloured Petri net based coordination control of resources of the system, and logic control structures for control sequencing based on the use of synchronised subPetri net structures derived from the first one by refining transitions, i.e., their occurrence. Based on the proposed approach, the coordination control model of resources and a first skeleton of the logic control structures of a flexible assembly cell located at the Institute of Manufacturing Automation and Production Systems at the University of Erlangen-Nuremberg, Germany is elaborated and then the correctness of the obtained models with regard to material flow and control sequence specifications is validated by means of the structural analysis of the coloured Petri net-based models.