[發(fā)明專利]基于數(shù)字孿生的離散車間精準(zhǔn)配送智能調(diào)度系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211325340.2
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115983540A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張澤群;李霏;朱海華;馬國財(cái);唐敦兵;劉煒;阮超
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué);北京電子工程總體研究所
• 主分類號: G06Q10/0631
• 分類號: G06Q10/0631;G06Q50/04;G06F16/25;G06F16/26;G06N20/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 徐曉鷺

1.基于數(shù)字孿生的離散車間精準(zhǔn)配送智能調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)度系統(tǒng)包含物理車間層，所述物理車間層包含作業(yè)車間內(nèi)的實(shí)體；

車間數(shù)據(jù)層，所述車間數(shù)據(jù)層為車間內(nèi)的實(shí)體中采集到的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)從實(shí)體中獲取，傳輸?shù)教摂M車間層中；數(shù)據(jù)通過解碼器對信息進(jìn)行解碼后交由RFID中間件進(jìn)行處理和融合，再將不同實(shí)體生成的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式存入MySQL數(shù)據(jù)庫；

虛擬車間層，所述虛擬車間層為基于實(shí)體的虛擬車間模型，所述虛擬車間層包含OPCUA信息模型，基于MySQL數(shù)據(jù)庫將車間信息整體模型劃分為五類信息概念模型，這五類信息概念模型與虛擬車間模型之間都屬于局域與整體的關(guān)系，對于任一個(gè)加工車間，首先根據(jù)采集到的實(shí)體數(shù)據(jù)實(shí)例化出五類信息概念模型的對應(yīng)若對象，以表示車間的全部生產(chǎn)要素；然后根據(jù)車間中的任務(wù)、計(jì)劃，實(shí)例化若干任務(wù)對象，實(shí)現(xiàn)對車間中任務(wù)的描述；

在應(yīng)用服務(wù)層，所述應(yīng)用服務(wù)層讀取車間數(shù)據(jù)層生成的數(shù)據(jù)與模擬車間層的車間任務(wù)描述，建立基于多智能體的強(qiáng)化學(xué)習(xí)物流調(diào)度算法，建立配送系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度模型，實(shí)現(xiàn)AGV精準(zhǔn)配送路徑的生成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字孿生的離散車間精準(zhǔn)配送智能調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于，五類信息概念模型分為是設(shè)備信息概念模型、人員信息概念模型、物料信息概念模型、環(huán)境信息概念模型以及訂單任務(wù)信息概念模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字孿生的離散車間精準(zhǔn)配送智能調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于，所述物理車間層內(nèi)包含機(jī)床、AGV、機(jī)器手、自動(dòng)倉儲、傳感器、射頻識別RFID裝置，用于接收制造指令并執(zhí)行制造任務(wù)，感知和處理基于物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)、多源、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字孿生的離散車間精準(zhǔn)配送智能調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于，所述基于多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)物流調(diào)度算法模型包含路徑調(diào)度優(yōu)化模型和多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法；其中，

所述路徑調(diào)度優(yōu)化模型通過以下過程建立：

設(shè)定模型為全連接圖G(B)，其中坐標(biāo)向量B＝{v₀，v₁，…v_N，}，v1，v2，…，vN為車間實(shí)體坐標(biāo)；

當(dāng)收到訂單后產(chǎn)生一個(gè)需求的實(shí)例j＝(v，d，e，l，α，β)，其中v表示車間實(shí)體坐標(biāo)，需求為d_i,時(shí)間窗口為(e_i，l_i),懲罰系數(shù)α_i，β_i；

設(shè)定分配M輛AGV滿足訂單要求，并為每輛AGV生成路徑成本最低的頂點(diǎn)不相交路線r_m,m＝1，2，...M,其起點(diǎn)和終點(diǎn)都在倉庫v₀,路徑距離均使用平面上的歐幾里得距離表示，設(shè)定所有車輛的速度相同，模型目標(biāo)是找到一個(gè)總成本最小的解決方案r＝[r₁，r₂，...，r_M]，總成本的定義為：

C(r)＝Γ_sum(r)+p_sum(r)???(1)

其中是所有車輛的總成本，I為單位矩陣，表示時(shí)間窗口約束的總懲罰。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于數(shù)字孿生的離散車間精準(zhǔn)配送智能調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于，所述多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法依據(jù)DQN方法實(shí)現(xiàn)：

首先按照馬爾科夫決策過程建立問題模型，即定義環(huán)境狀態(tài)、動(dòng)作和獎(jiǎng)勵(lì)，所述環(huán)境狀態(tài)包含車間狀態(tài)、AGV狀態(tài)所共同組成的五維向量S_t＝(N_t，T，D，A_st，A_vt)，包含車間各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及各個(gè)AGV運(yùn)行狀態(tài)和位置信息，N_t表示當(dāng)前的訂單序號，T表示當(dāng)前任務(wù)的剩余時(shí)間，D表示當(dāng)前距離目標(biāo)點(diǎn)的長度，A_st表示當(dāng)前AGV小車的工作狀態(tài)，A_vt表示AGV小車的運(yùn)動(dòng)速度；

定義動(dòng)作向量a_t＝(J_t，AGV_t)，其中J_t代表工位，AGV_t代表執(zhí)行任務(wù)的AGV編號；當(dāng)AGV完成一步工序?qū)Ρ葮颖境杀荆o予少量獎(jiǎng)勵(lì)反饋，當(dāng)AGV完成全部工序時(shí)，對比總成本，給予大量獎(jiǎng)勵(lì)反饋；

最后，將所獲得的獎(jiǎng)勵(lì)通過時(shí)間評價(jià)函數(shù)換算成最終獎(jiǎng)勵(lì)值反饋給所述路徑調(diào)度優(yōu)化模型，得到最優(yōu)的總成本C(r)。