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申请/专利权人：西南交通大学

摘要：本发明公开了一种基于多智能体架构的柔性作业车间节能调度方法，首先提出了一种车间组合服务单元的配置方法，并基于此将车间资源封装成相应的智能体，形成车间多智能体结构；其次建立了涵盖工件完工时间、设备负荷、生产能耗目标在内的双层智能体架构下的实时调度优化模型，并基于改进多顾客讨价还价博弈的多智能体协商机制，以获取调度最优解，实现车间制造过程中稳定高效的节能生产。本发明极大的提高了实时调度的响应时间，保证生产过程高效稳定的进行，能为企业带来更大的利益。

主权项：1.一种基于多智能体架构的柔性作业车间节能调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：柔性作业车间节能调度问题描述与假设；基于分布式服务单元的实时调度问题为：车间有u个服务单元，每个服务单元中有mu个设备，每个工件的工序只能在一个服务单元中的一台机器上进行；条件假设：1不考虑不同设备之间工件的转移时间；2除非发生机器故障，工件一旦被加工便不能中断，机器故障后未完工的工序需要重新加工，并且同一任务的前后两道工序之间具有紧前紧后约束；3工件同一时刻只能在一个服务单元内被服务；4加工时间包括两部分：处理时间和准备时间；5服务单元之间的缓存区容量无限大；参数定义：n为工件数量，U为服务单元数量，mu为服务单元u中的设备数量，为服务单元u中的第k台设备，Oij为第i个工件的第j道工序，为工序Oij在服务单元u中的加工完成时间，为服务单元u中机k的负载，为机器的负载功率，为机器的空载功率，为工序Oij在机器上加工，Wu为服务单元u的负载，为工序Oij在机器上的开始加工时间，为工序Oij在机器上的加工时间，dtuk为机器的空载时间，为工序Oij在机器上的换刀时间，δi为局中人i的综合收益，δb为博弈过程中系统的最佳收益；步骤2：建立基于服务单元的节能调度数学模型；在车间层，当新工件到达时，服务单元之间根据设备状态相互博弈协商，将工件的不同工序分配至不同的服务单元中，在保证负载均衡的前提下，使车间的最大完工时间最小，从而保证车间的生产效率；在服务单元内部，每个服务单元按照自己的计划进行生产；当车间中新任务到达时，服务单元收到来自车间的工件信息和来自设备的状态信息进行决策生成相应的生产计划；为了提高生产效率和能源效率，基于服务单元的多智能体调度系统共考虑以下三个优化目标：1最小化最大完工时间 2在最小化工件完工时间的前提最小化服务单元中设备总负载，实现设备负载均衡： 式中，Wt代表车间中所有设备的总负载，在总完工时间最小的前提下，优化目标为所有服务单元的总负载最小，从而实现服务单元的负载均衡；3最小化所有服务单元的生产能耗： 车间的生产能耗为服务单元中设备的生产能耗之和，设备的生产能耗为空载能耗和负载能耗之和；约束条件：工件在同一时刻只能在一个服务单元内进行服务，并且只能在一个设备上被服务： 同一工件的相邻两道工序具有紧前紧后约束： 步骤3：基于加工能力的组合服务单元配置机制；在柔性离散制造车间中，柔性指加工设备具有柔性，柔性加工设备能以多种模式对产品工序进行处理，从完成一道工序或一组工序的角度而言，有2种类型：1一道工序或一组工序只能由一台设备加工，即只有一台设备具有这种工序服务能力；2一个工序在多个可选设备中的一台设备上加工；对于类型1，单台设备可独立完成相应的一道工序且没有可替代设备，因此以此设备为核心构建的服务单元即为最终的服务单元；而对于类型2，对于同一区域中的服务单元设备在配置过程中需要进一步讨论，具体有以下几种存在形式：a.设备型号类型完全一致或工序服务能力完全相同；b.设备类型不一致，但具有相同的工序服务能力；c.设备类型不一致，在具有相同工序服务能力的同时，其中某些设备具有还具有其他不同的工序服务能力；对于情况a和b，具有完全相同工序服务能力的设备即可配置为一个组合服务单元，而对于最后一种情况，需要将设备进行单独区分，即配置后的每个服务单元内的设备应具有相同的工序服务能力；在上述配置完成后，需进行距离检验，即对于服务单元内部距离较远的设备需要配置为独立的服务单元：若服务单元内部设备与其他设备最小转运距离是否大于设备到下一服务单元距离，若后者大于前者，则该设备需配置成新的服务单元，若重新配置后仍存在上述问题，则循环上述步骤；步骤4：建立基于服务单元的多智能体结构；基于服务单元的多智能体结构包括以下四种智能体：1SA：车间Agent，即车间级控制器的虚拟体；部署在车间总服务器中，负责对车间中所有服务单元进行管理，在获取车间资源信息后，注册生成相应的资源Agent，在新工件到达时，激活相应的JA，并将JA中不同的工序分配至相应的UA中；2UA：服务单元Agent，即服务单元级控制器的虚拟体；部署在车间分布式终端中，分为最小服务单元智能体和组合服务单元智能体；负责对所属子服务单元设备进行管理，在新工件到达时，UA获取JA相关信息以及其服务单元资源信息，与其他UA进行协商选择相应工序进行处理，在服务内部将任务分配到相关的设备中，安排每个任务的开始时间和完工时间；3MA：机器Agent，即处理器、执行器或缓存器的虚拟体；负责保存和管理制造资源的基本信息、状态信息属性信息，以便于随时了解制造资源的实时状态和可用状态；具有其他设备智能体进行博弈协商的功能，在任务到达时，能够主动捕获工件加工的相关信息并向JA发送处理时间信息；4JA：工件Agent，即流动实体的虚拟体；用于捕获所有任务信息，其属性包括作业数量、各工序在不同设备上加工时间、可加工时间、完工时间；当新任务到达时，工件Agent及时捕获工件信息，在SA中注册并向相关智能体进行通信协商；步骤5：基于双层多智能体讨价还价博弈的节能调度求解；基于服务单元多智能体系统的实时调度问题可看作是一个具有完整信息的N人博弈；智能体之间的博弈被定义为局中人通过协商解决利润分配问题；效用函数即为对应的优化目标函数，构建服务单元智能体之间博弈模型需要确定三个要素，描述为：G＝{Fi；Si；δi}6其中，Fi是参与博弈的参与者集合；在这里，存在车间-服务单元层、服务单元-机器层两层博弈过程：在车间层，UA为讨价还价博弈过程中讨价一方的局中人，SA为还价的一方局中人；在服务单元层，MA为讨价还价博弈过程中讨价一方的局中人，UA为还价的一方局中人；在这里，博弈过程中讨价一方局中人依次做出动作，每个参与者的选择会影响其他参与者的选择；Si为博弈过程的策略；在车间层，每个局中人UA的策略对应于可选的未加工的JA中未加工的工序；在服务单元层，每个局中人的策略对应于分配到服务单元的所有JA的第一个待加工工序；δi为相应的收益，在不同层级对应不同的收益函数，由于优化目标为相应目标函数的最小值，所以相应层中的目标函数的倒数即为局中人的收益；不同类型智能体之间基于讨价还价博弈进行通信、交互和博弈，包括服务单元间讨价还价博弈、服务单元内部讨价还价博弈和多顾客讨价还价博弈纳什均衡。

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