云制造环境下面向多任务协同的机床装备资源动态调度方法

针对云服务环境下支持多任务协同运行的机床装备资源易受紧急插单、系统故障、质量异常等不确定高频扰动影响,致使云制造服务难以高效、稳定运行的问题,提出一种面向多任务协同的机床装备资源动态调度方法。通过应用非线性工艺规划理论,建立了一个包括最小时间、成本、能耗、负载均衡度及最优服务质量和可靠性为约束目标的调度模型,并采用改进遗传变邻域算法对其求解。同时,基于生产随机扰动致使调度方案动态偏离的问题,提出一种基于事件驱动和周期性重调度的动态调度策略,以支持云制造服务的协同优化运行;最后通过仿真案例验证该模型及算法的可行性和适用性。     

云制造环境下跨企业协同生产调度算法

为解决云制造环境下的跨企业协同生产调度问题,提出一种适用于云制造环境下生产资源调度的混合集合规划方法。该方法基于切削算法框架,综合考虑多种约束,提出一种有效的求解策略,实现了一种面向订单且适用于跨企业、多约束、多品种、小批量的有限能力调度算法,为供应链中供需企业提供了一份拖期小、费用低、跨度短的协同生产计划。利用多组制造企业真实数据对模型进行测试,结果表明,该模型可在合理时间内有效求解实际应用规模的跨企业协同生产调度问题。     

制造资源云集成元建模及云Agent服务调度研究

针对云制造过程中的制造资源虚拟化问题,分析了制造资源的存在形态、构成及其属性,提出基于RFID技术与对象名解析服务的制造资源感知与追溯逻辑架构,以实现物理制造资源虚拟化;通过建立虚拟制造资源静态-动态集成元模型,为异构、动态的虚拟制造资源的重组和融合提供统一描述机制;在此基础上,将移动Agent和云服务发现机制相融合,提出云Agent（cloud  Agent）的概念,并基于资源中介的改进合同网机制,实现云制造服务自适应管理和调度;给出了面向复杂产品协同的制造资源云服务平台原型系统,并结合汽轮机制造服务协同应用案例,初步实现了制造资源虚拟化和服务部署。     

基于双链式结构的云制造系统内资源调度

为提高云制造系统内各参与主体间的信任度及资源调度效率,研究基于双链式结构的云制造系统。首先,对区块链技术应用于云制造系统中进行分析,设计企业信息公有链及制造资源联盟链上的业务流程。其次,提出将资源调度算法写入制造资源链的智能合约中自动执行资源调度,建立考虑创新性和匹配性的多目标资源调度模型,使用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行模型求解。最后,进行实验仿真分析,将本文所提出双链式结构及资源调度模型与传统云制造资源调度模型做对比,验证模型的有效性。结果表明,在基于双链式结构的云制造系统内各参与节点间相互信任后,制造资源调度具有更优的非支配解集并且资源调度速度得到了提升。     

基于动态资源能力服务的分布式协同调度技术

基于云制造技术中面向服务的思想,针对现有异地分布多车间协同生产计划的关联协调问题,提出并建立一种以云制造思想为指导的基于动态制造资源能力服务化的分布式协同生产调度技术。通过分析多车间协作生产下的制造资源动态服务共享和关联协调的问题,建立基于服务性制造资源的协同生产调度技术总体框架;提出服务性资源的地域和能力相结合的筛选规则,形成面向多车间协同生产的空闲占用和插入调整相结合的作业排产技术;提出资源指定占用下的作业排产处理技术,解决了协同生产环境下特定车间基于制造资源能力局部能力占用的调度排产;针对生产过程中频繁发生的突发事件,提出以降低生产扰动影响范围的时间容忍度技术及基于移动处理方式的动态调度方案调整技术,解决了制造资源服务动态变化下的快速响应处理问题。通过应用实例对以上关键技术进行了验证。     

面向云制造的制造资源模型研究

通过分析云制造系统的运作模式和体系结构,得出了制造资源在云制造系统中的地位和作用,然后在此基础上提出了面向云制造系统的制造资源数据模型。结合云制造的特点,通过对资源数据模型的分类信息、对象信息和属性信息3个层次的信息描述,建立了制造资源数据的三维模型,该模型支持云制造系统中的制造资源构建、制造资源封装、制造资源能力模型构建以及资源评价等。     

面向云制造的制造资源模型研究

通过分析云制造系统的运作模式和体系结构,得出了制造资源在云制造系统中的地位和作用,然后在此基础上提出了面向云制造系统的制造资源数据模型。结合云制造的特点,通过对资源数据模型的分类信息、对象信息和属性信息3个层次的信息描述,建立了制造资源数据的三维模型,该模型支持云制造系统中的制造资源构建、制造资源封装、制造资源能力模型构建以及资源评价等。     

云制造环境下模具加工任务与制造资源服务匹配研究与应用

针对传统模具企业加工任务需求的不断变化,更多个性化的模具加工任务被提出,不同区域企业间缺乏沟通与合作,传统的模具企业仅仅依靠自身拥有的加工资源,难以满足复杂多变的加工任务的需求。引入云制造模式,对模具加工任务的分类、编码规则以及任务间的相互关系进行研究,建立模具制造企业订单项目模型,利用UML建模技术,对模具加工任务进行形式化描述,确定模具加工任务的约束关系,并提出了模具加工任务与制造资源服务匹配的3种模式,以及金银铜质制造资源服务检索算法,结合层次分析法、专家评估法和熵权系数法的主客观综合方法计算最优指标权重系数,得出的结果作为最优服务。结果表明：有效地促进企业间的协同工作,企业生产制造方式更加丰富化,有效提高闲置加工资源的利用率,降低生产成本。     

云制造资源虚拟化研究

为实现软硬物理制造资源的全面互联、感知与反馈控制,并将物理制造资源转化为逻辑制造资源,解除物理制造资源与制造应用服务之间的紧耦合,以支持资源高利用率、高敏捷性、高可靠、高安全、高可用的虚拟云制造服务环境,分析了云制造资源虚拟化的相关技术,提出了云制造资源虚拟化框架,论述了虚拟化支持下的云制造关键技术.指出云制造资源虚拟化能够实现更全面和更深入的软硬资源共享;能够形成具有高扩展件和灵活伸缩性的大规模虚拟资源云池;能够按需动态敏捷调配资源,获得资源高利用率并实现节能降耗;能够支持高可靠、高安全的多主体协同运行;能够支持生生命周期用户按需获取普适化的高可用服务操作环境.     

面向云制造服务的制造资源多目标动态优化调度

针对云制造环境下制造资源调度的特点和存在的问题,建立了云制造环境下制造服务资源多目标调度模型。根据云制造环境下极易发生扰动的特点,提出了一种动态调度技术,以在发生突发事件时及时作出反应。提出了一种基于遗传蚁群算法的制造资源调度算法,该算法利用遗传算法搜索能力强、收敛速度快的优势弥补蚁群算法易陷入局部最优、收敛速度慢的不足,使整个调度过程能快速、准确地收敛于最优解。最后用实例证明了该算法的有效性。     

智能制造 调度为先——《制造系统智能调度方法与云服务》导读

随着越来越多小微型企业对制造车间“万物感知、万物互联、万物智能”的需求,结合大数据和云计算技术,针对制造资源和生产任务,构建多种制造类型下的调度算法库,提供智能调度方案,是实现制造系统高效运行的关键。为了探讨智能调度的原理、方法和云端化实现路径,笔者撰写了《制造系统智能调度方法与云服务》一书,全面介绍了制造系统中多种复杂调度问题,重点介绍了各类调度问题对应的调度方法,结合云服务框架介绍了不同调度方法的云端化技术与实现方式,搭建了基于云计算的制造车间智能调度算法库及服务系统。本书为推动我国制造业的智能化发展和企业应用提供参考,对提升我国制造业的核心竞争力具有重要意义。     

[云制造]基于可持续性的云制造多任务调度

为提高云制造调度过程的可持续性,研究基于可持续性的云制造多任务调度方法,基于面向服务架构理论分析了云制造多任务调度流程和可持续性框架。考虑经济、环境和社会因素,构建了基于可持续性的云制造多任务调度模型,设计了改进的遗传算法以有效解决调度模型的求解问题。通过将基于可持续性调度模型和基于满意度调度模型作对比模拟实验,观察可持续性对云制造多任务调度效果的影响。结果表明,从系统整体优化的角度,基于可持续性的调度模型,能够在不损失客户满意度的前提下,同时降低环境成本和设备闲置率,保障平台整体的可持续运行。     

基于多代理和规则调度的敏捷调度系统研究

研究了在敏捷制造环境下制造车间过程的动态调度问题,针对敏捷化调度的特殊要求,提出了综合运用多代理机制与规则调度实现敏捷化制造车间生产过程动态调度的方法,建立了基于多代理生产组织和运行模式的生产过程动态调度系统框架结构,研究了在多代理结构的基础上实现规则调的方法,创建了适应实际生产环境的代理的模型结构,并以一类敏捷加工车间动态调度的仿真研究说明所提出方法的思路和可行性。     

Information-Based Dynamic Manufacturing System Scheduling

Information about the state of the system is of paramount importance in determining the dynamics underlying manufacturing systems. In this paper, we present an adaptive scheduling policy for dynamic manufacturing system scheduling using information obtained from snapshots of the system at various points in time. Specifically, the framework presented allows for information-based dynamic scheduling where information collected about the system is used to (1) adjust appropriate parameters in the system and (2) search or optimize using genetic algorithms. The main feature of this policy is that it tailors the dispatching rule to be used at a given point in time to the prevailing state of the system. Experimental studies indicate the superiority of the suggested approach over the alternative approach involving the repeated application of a single dispatching rule for randomly generated test problems as well as a real system. In pa ticular, its relative performance improves further when there are frequent disruptions and when disruptions are caused by the introduction of tight due date jobs and machine breakdown—two of the most common sources of disruption in most manufacturing systems. From an operational perspective, the most important characteristics of the pattern-directed scheduling approach are its ability to incorporate the idiosyncratic characteristics of the given system into the dispatching rule selection process and its ability to refine itself incrementally on a continual basis by taking new system parameters into account.     

基于动态云制造的定制加工系统组态分析及优化

针对如何在工程现场快速而简单地组建基于云的制造系统这一问题,通过分析适应定制生产要求而组建的基于动态云制造的组态,发现其组态是一个以动态云制造云发起者为起终点的、具有若干阶段的封闭环;通过分析选择动态云制造成员时需考虑的因素,将指标转化为一个体现用户要求的量纲一量;通过对动态云制造组态进行改造,将其改造为适用动态规划的层次结构,然后将体现用户要求的量纲一量作为动态规划的权引入路径优化,从而得到了可以利用动态规划方法和LINDO软件进行优化的组建动态云制造时成员选择的优化模型;最后,讨论了一个具体例子。     

可集成制造执行系统(IMES)动态调度研究

在分析了国内外调度问题研究现状的基础上,提出沿用过程型MASS调度策略对可集成制造执行系统进行动态调度研究。首先构建了基于多代理的可集成制造执行系统(IMES)的体系结构,并详细地介绍了调度Agent的建模模块和调度决策模块的工作原理。最后结合标准调度6×6问题验证了此方法的有效性及可行性。     

面向服务链构建的云制造资源集成共享技术研究

为实现时序约束关联任务驱动的云制造环境下面向服务链构建的制造资源集成共享,研究并提出一种能促进云制造环境下制造资源快速共享、广域集成和分散服务特点的服务过程模型,对基于语义本体的云制造任务与资源建模、基于Web服务资源框架的云制造资源的平台服务化封装方案、云制造任务分解与时序约束关联原子任务链构建技术,以及云制造资源服务链构建技术等关键问题进行了研究,有效解决了云制造环境下异构资源描述、虚拟化、检索匹配与服务组合问题,最后通过仿真算例对提出的云制造服务模式及技术方案进行了验证。     

面向网络化制造的动态自组织制造资源模型的研究

在分析网络化制造模式下制造资源模型新的特点的基础上，提出应用STEP、面向对象和XML等技术，定义适用于网络化制造的制造资源模型标注语言——MRMML，构建基于MRMMI，的动态自组织制造资源信息模型。分析了应用STEP和面向对象技术构建的制造资源模型、STEP Express模型到XML Schema映射的实现机制、MRMML Schema表示模式，以及基于MRMML动态自组织制造资源模型的框架构建等关键技术。开发了基于MRMML的制造资源数据转换模块，实现了制造资源信息基于网络的传输、共享和交互。     

[生产计划]动态制造系统生产计划与调度协同优化

基于生产计划与调度协同优化的思路,建立了计划与调度滚动优化模型,并提出一种 “闭环集成滚动重调度”策略。当生产系统出现产能受限或订单变更等动态变化时,调度与计划形成“闭环响应模式”,进而采用动态约束平衡的混合算法对生产计划与调度进行协同优化。为验证所提出协同优化策略的有效性和可行性,选取典型算例进行了仿真研究,结果表明该策略能有效处理生产系统的动态变化,保证系统的调度优化及时调整。