[发明专利]一种基于蚁群算法的柔性生产线自适应控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于蚁群算法的柔性生产线自适应控制系统及方法，包括基础数据模块、数据管理模块、全要素建模模块、动态仿真模块、控制模块五部分，利用物联网感知技术，针对生产过程动态事件例如设备故障、缺件、插单等，系统动态仿真模块能够通过蚁群算法引擎快速得到当前最优可执行解，然后把相关数据下发给控制模块，驱动柔性产线运行，解决航空零件多品种、变批量的柔性加工模式下的动态自适应控制问题。

技术领域

本发明涉及一种基于蚁群算法的柔性生产线自适应控制系统及方法，特别是面向航空制造领域多品种、变批量、多约束的生产模式下的柔性生产线自适应控制系统及方法，属于计算机控制管理技术领域。

背景技术

在航空离散装备制造领域，随着生产装备水平的提高，零件加工等生产过程中的数控化率和自动化水平不断提升，在典型的机加车间，通过机器人、AGV、柔性工装的应用构建智能柔性加工单元，实现单元内零件工艺过程的全自动化，同时实现高度柔性和动态调度。应对航空零件的多品种、变批量、制造流程复杂、质量要求高等特点。

伴随着智能制造与柔性制造技术带来的生产组织模式演进，生产单元控制与全局优化的复杂性已经超出传统的生产管理机制，传统生产管理软件无法满足工业互联、动态调度和自适应生产组织的需求。迫切需要在传统制造执行系统基础上，从生产管理层向控制执行层下沉，实现软件定义生产过程，建立能够对生产过程进行建模仿真，基于物联网数据和人工智能算法实时驱动生产过程的自适应控制系统成为数字转型的重要路径。

航空领域多个使用国外软件支撑的自动化单元面临着缺乏柔性、运行维护无法脱离原厂商技术支持等问题，而国产柔性单元控制系统在功能、性能和可靠性等方面无法满足复杂产品生产的应用要求，因此需要我们能够自主可控打造一款基于智能算法且能够全要素建模和动态仿真调度的柔性单元自适应控制系统。

发明内容

本发明解决问题：为应对航空零件的多品种、变批量、制造流程复杂、质量要求高等特点，航空企业推出一种面向单元化生产模式的柔性生产线，针对这种柔性生产线无法很好的解决柔性作业调度问题(FJSP)，同时基于物联网数据无法对柔性单元运行的动态事件(设备故障、缺件、插单)进行快速有效的响应，缺少自组织自适应的决策能力。针对这种问题，提供一种基于蚁群算法的柔性生产线自适应控制系统及方法，利用物联网技术对生产运行中的动态事件快速感知，然后通过蚁群算法较强的鲁棒性和优良的分布式计算机制等特点进行快速构造可行解，达到生产计划的自动排产和动态调整仿真，然后再根据全要素模型和数据将当前最优排产结果或调整结果进行精准执行，形成“感知-分析-决策-控制”闭环，达到柔性化、自动化、无人化的生产单元自适应控制的目的。

本发明技术解决方案为：一种基于蚁群算法的柔性生产线自适应控制系统，包括基础数据模块、数据管理模块、全要素建模模块、动态仿真模块、控制模块，其中：

基础数据模块：用于进行车间的基础数据输入和维护、设置，所述基础数据包括物料基本信息、设备及设备组信息、库位数据、工装工具、NC程序、刀具、监测数据；

全要素建模模块：用于进行基础活动/指令定义、工序活动/指令集建模、零件活动/指令集建模、资源关系建模,通过以最小可调度活动为对象，将整个零件加工过程中的活动、活动所需的生产要素、活动之间的关系、行为、规则进行模型化表达；

数据管理模块：用于进行基础数据信息、任务订单信息、工艺路线信息、检验测量信息、物理运行实时数据信息的获取与加载，其中，所述基础数据信息为基础数据模块定义的静态数据，任务订单信息为任务及其优先级信息和所需原材料或通过接口从外部集成系统(ERP或MES)获取，工艺路线信息为全要素建模模块构建的零件指令集，检验测量信息为零件的检验方式、检验项、检验流程信息，物理运行实时数据信息为柔性单元内设备运行的状态信息、报警信息和动态事件信息；