[發明專利]使用狀態矩陣自學習柔性制造系統的制造調度的方法及設備

在審

• 申請號: 201980100510.7
• 申請日: 2019-09-19
• 公開（公告）號: CN114503038A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 斯基林·貝爾;丹妮爾·切爾西·圖爾納
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 陳方鳴

一種用于自學習柔性制造系統的制造調度的方法，該柔性制造系統具有以處理實體互連的加工實體，其中，借助于在柔性制造系統的模型上的增強學習系統來學習制造調度，其中，模型至少表示柔性制造系統的行為與決策制定，并且其中，模型被轉換為狀態矩陣以模擬柔性制造系統的狀態。提出的方案包括在模擬中進行訓練并且根據FMS內多種各個情形的經定義動作集合來學習最佳決策的用于線上調度和資源分配的自學習系統。對于不可預見的情形，建議該方案(當使用神經網絡時)。當應用該系統時，能夠在生產過程期間近乎實時地做出決策并且系統以FMS使用不同的優化目標來找出每個產品的最佳方式。在使用具有工藝路線柔性的制造系統方面并且自動地規定產品穿過工廠的工藝路線和分配合適的機器或制造模塊特別好。

技術領域

柔性制造系統(FMS)指這樣一種制造系統，其中，存在允許系統在無論預測到還是未預測到的變化的情況下做出反應的一定量柔性。

背景技術

工藝路線(英語：routing)柔性覆蓋系統的發生改變而生產新的產品類型的能力以及改變在部件上執行的操作順序的能力。機器柔性指使用多個機器對部件執行相同操作的能力以及適應大規模的變化(諸如體積、容量、或能力)的系統能力。

大部分FMS由三個主系統構成。作業機器(通常指自動化的CNC機器)以材料處理系統而互連，以對部件流程和控制材料移動和機器流程的中央控制計算機進行優化。

FMS的主要優點在于其管理類似時間和精力的制造資源來制造新的產品時的高度柔性。FMS的最佳應用在于在類似大量生產的小型產品集合的生產中。

由于趨勢發展至模塊化和柔性制造系統(FMS)，離線調度不再是能夠實現有效的產品工藝路線的唯一度量。必須考慮到預期不到的情況，諸如制造模塊出現故障、空的材料堆或FMS的重新配置。因此，具有一種(額外的)線上調度與資源分配系統是很有幫助的。

第二個問題在于現有技術的調度系統的狀態的高工程化工作量，如MES的產品工藝路線系統。進一步地，這些方案是靜態的。由于系統在模擬中自己學習每種情形的決策，直至其被應用于運行時并且能夠針對FMS的變化或適配進行重新訓練為止，自學習產品工藝路線系統將減少工程化工作量。

制造執行系統(MES)被用于產品規劃和調度，但是實現大部分這些用戶指定系統的工程化工作量是極其大的。MES的規劃與調度部件可被本發明的線上調度與分配系統所替代。

此外，存在自學習產品工藝路線系統，但具有較高計算費用的少量構思(在產品等待答案的過程中在線上計算最佳的決策)。

例如，能夠在下列公開中找出這些構思地描述：

Di Caro,G.,與Dorigo,M.1998。用于通信網絡的Antnet分布式共識控制。人工智能研究雜志9:317-365。Dorigo,M.,與Stutzle,T.2004。蟻群算法。MIT出版社Sallez,Y.；Berger,T.；以及Trentesaux,D.2009。一種用于在fms中動態地給激活產品規定工藝路線的共識方案。工業計算機60:204-216。

Pach,C.；Berger,T.；Bonte,T.；以及Trentesaux,D.2014。Orca-fms：一種用于柔性制造調度的優化和反應式控制的動態架構。工業計算機65:706-720。

另一種方案是多代理系統，其中，存在控制代理競價的中央實體，使得代理必須與該實體進行通信，在下面對此進行了描述：

Frankoviˇc,B.與Budinskˊa,I.2000。“Advantages and disadvantages ofheuristic and multi agents approaches to the solution of scheduling problem(解決調度問題的啟發式和多代理方案的優點和缺點)”。會議IFAC控制系統設計的會刊。布拉迪斯拉發，斯洛伐克：IFAC會刊第60卷，13期。或者