科创中国
基于Petri网和改进群算法的柔性制造系统调度
发布时间:
2023-12-04
截止日期:2023-12-06
价格 双方协商
地区： 浙江省 台州市 黄岩区
需求方： 台州***公司
行业领域
高新技术改造传统产业
需求背景
改革开放 40 年来，我国工业化进程提速，工业生产能力大幅提升已成为世界第一工业大国四。传统制造业作为我国工业体系的重要组成部分，体量庞大，但大而不强，且随着智能技术的发展，现有制造业的发展模式存在劳动生产率低、缺乏核心专利技术、产品附加值低等缺陷。因此，传统制造业的转型升级已刻不容缓。在此背景的推动下，柔性制造业迎来了重大的发展机遇。柔性制造系统 (Flexible Manufacturing System，FMS) 是以若干台数控机床为核心，通过各种运输设备相连接并由中央计算机进行统一控制管理，能够同时完成多种生产任务加工的自动化制造系统。随着科技水平的进步和客户需求的不断增长，企业能否对客户需求的动态变化作出快速响应，生产出多种高质量、低成本的产品，并使机器人、自动导引小车、加工设备等共享资源得到最有效的利用，是决定其市场竞争力的主要因素。因此，适用于现代化生产模式的柔性制造系统在制造业中越来越受重视。高效的调度方案在柔性制造系统中起至关重要的作用，可均衡合理地分配资源，是提高企业生产效益的重要手段。在企业实际的生产环境中各操作均有严格的工艺要求，相当于增加了多种制约条件，更是增加了调度问题的求解难度，因此调度问题直是制造系统领域研究的热点。
需解决的主要技术难题
1、根据生产过程中柔性制造系统需满足的各种约束条件构建相应的 Petri 网模型，设计柔性制造系统调度优化算法；
2、针对其他算法存在的搜索时间较长、易陷入局部最优等缺点，优化柔性制造系统调度问题（考虑操作之间因各种约束导致的停滞等待时间，采用操作的最早完工时间的倒数作为它的启发式信息值）
3、对调度算法结合 Petri 网模型求解柔性制造系统调度问题的方法进行步骤设计，给出具体流程，并将该调度算法应用在具体的柔性制造系统案例中，通过对调度结果的对比分析，验证调度算法的有效性；
4、根据实际生产环境中，某些加工操作会具有特殊工艺要求的情况，设计系统若干操作添加不同的完工时间限制时系统对应的调度算法，求得最优调度方案。
期望实现的主要技术目标
调度性能指标主要包含：
1、完工时间的长短、资源利用率的高低等方面，本质是增加产能以提升产业经济收入；
2、成本性能指标主要包括生产材料耗资的多少、机器损耗程度的大小等；
3、客户满意度指标则主要涵盖延迟交货时间的长短、延期工件数量的多少等方面。
需求研究应当以最小化加工完成时间为调度的优化目标。
需求解析
解析单位：“科创中国”农机装备产业科技服务团（中国农业机械学会） 解析时间：2023-12-14
牛康
中国农业机械化科学研究院集团有限公司
主任
综合评价
Petri 网是一种兼备数学化与图形化表示方式的建模工具，可以直观地描述柔性制造系统的并发性、资源共享性、冲突性、死锁性等重要行为特性，也能有效地对制造系统进行建模、仿真、分析、调度和性能估计，具有广泛的应用范围。
因此，认为此项需求对产业发展具有重大意义，且该项技术需求的核心及难点为调度问题：除了合理分配加工机床、缓冲区和自动导引小车等共享资源外，还需考虑生产成本最低、生产效率最高、作业加工先后顺序、完工时间最短等问题。
具体技术解决方案如下：
1.优化建模方案：利用 Petri 网的建模能力，根据柔性制造系统的资源约束和工序先后顺序约束等条件进行建模，并在该模型的基础上通过优化算法对建模进行优化。
2.改进调度算法：基于 Petri 网模型使用改进蚁群算法求解 FMS 调度问题的基础上，根据实际生产环境中某些加工操作具有特殊工艺要求的情况，选择合适且有效的生产调度算法。
3.实验和仿真：根据柔性制造系统的资源约束和工序先后顺序约束等条件进行实验和仿真，通过模拟不同的场景和参数设置，评估调度方案的效果和性能。
4.验证和优化：验证模型和算法的可行性，并将其应用到实际柔性制造系统中。
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