本書系統(tǒng)、詳細地介紹了多智能體制造系統(tǒng)的理念、關鍵使能技術、應用案例。全書共 9 章，主要內 容包括：多智能體制造系統(tǒng)理念及框架、基于物聯技術的多智能體制造系統(tǒng)組織架構、面向異構制造裝備 的智能體集成技術、面向異構裝備智能體的信息交互技術、多智能體環(huán)境下的智能物流調度技術、基于多 智能體制造系統(tǒng)的車間調度優(yōu)化方法、物聯制造系統(tǒng)可視化監(jiān)控技術、基于多智能體制造系統(tǒng)的混線生產調度案例分析、面向個性化定制的多智能體制造系統(tǒng)動態(tài)調度案例分析。書中既有理論知識，也有案例介紹，能幫助讀者理解、掌握和運用本書所提出的方法，擴大讀者在多智能體制造系統(tǒng)領域的知識面。
唐敦兵，南京航空航天大學機電學院副院長、教授、博士生導師、德國洪堡學者、江蘇特聘教授、江蘇省首屆省杰青獲得者、霍英東教育基金會青年教師基金獲得者、教育部新世紀優(yōu)秀人才計劃入選者、國家中青年科技創(chuàng)新領軍人才、國家"萬人計劃”科技創(chuàng)新領軍人才。長期致力于智能制造系統(tǒng)與技術領域的研究，在數字化集成制造技術、智能制造系統(tǒng)等研究方向取得了系列研究成果。在國內外重要學術期刊和國際會議上，發(fā)表學術論文共計150余篇，其中有SCI論文40多篇發(fā)表在國際期刊上，主要包括 International Journal of Production Research, International Journal of Computer Integrated Manufacturing, Journal of Intelligent Manufacturing, Robotics & Computer Integrated Manufacturing, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Concurrent Engineering: Research & Applications，Computers in Industry, Computers & Industrial Engineering, Proceedings of the Institutions of Mechanical Engineers Part B- Journal of Engineering Manufacture 等制造工程領域的國際權威刊物。在ISI Web of Science數據庫中，所發(fā)表的國際期刊SCI論文被引近400次，另外，發(fā)表EI檢索論文100余篇，撰寫中文專著3部（科學出版社），英文專著1部（Springer出版社），參與2部英文著作撰寫（Springer出版社）。
第 1 章 多智能體制造系統(tǒng)理念及框架 ................................................................................ 001
1.1 多智能體制造系統(tǒng)概述 ........................................................................................... 001
1.2 先進制造系統(tǒng)分類 ................................................................................................... 003
1.2.1 集成制造系統(tǒng) ............................................................................................... 003
1.2.2 敏捷制造系統(tǒng) ............................................................................................... 004
1.2.3 智能制造系統(tǒng) ............................................................................................... 004
1.3 Holon 與 Agent ......................................................................................................... 006
1.3.1 Holon 及 HMS .............................................................................................. 006
1.3.2 Agent 及 MAMS ........................................................................................... 010
1.4 本書研究內容及結構安排 ....................................................................................... 016
1.5 本章小結 ................................................................................................................... 019
第 2 章 基于物聯技術的多智能體制造系統(tǒng)組織架構 ........................................................ 020
2.1 車間物聯架構 ........................................................................................................... 020
2.1.1 制造系統(tǒng)控制結構發(fā)展過程 ....................................................................... 020
2.1.2 物聯調度系統(tǒng)架構設計 ............................................................................... 022
2.2 面向制造資源的 Agent 結構模型設計 ................................................................... 024
2.2.1 Agent 的基本特性 ........................................................................................ 024
2.2.2 Agent 的映射方式 ........................................................................................ 025
2.2.3 Agent 的基本結構 ........................................................................................ 026
2.2.4 Agent 結構模型設計 .................................................................................... 028
2.3 MAS 組織架構與協(xié)商方式 ..................................................................................... 030
2.3.1 MAS 基本組織結構 ..................................................................................... 031
2.3.2 MAS 協(xié)商機制概述 ..................................................................................... 032
2.3.3 MAS 組織結構設計 ..................................................................................... 035
基于物聯技術的多智能體制造系統(tǒng)
VI
2.3.4 Agent 邏輯模塊 ............................................................................................ 037
2.4 物聯制造系統(tǒng)組織架構 ........................................................................................... 040
2.4.1 物聯技術概述 ............................................................................................... 040
2.4.2 物聯制造車間的特點 ................................................................................... 043
2.4.3 物聯環(huán)境下多源信息采集 ........................................................................... 044
2.4.4 物聯制造車間的總體架構 ........................................................................... 046
2.4.5 物聯制造車間的物理架構 ........................................................................... 048
2.4.6 物聯制造軟件系統(tǒng)總體框架 ....................................................................... 050
2.5 本章小結 ................................................................................................................... 052
第 3 章 面向異構制造裝備的智能體集成技術 .................................................................... 053
3.1 異構制造裝備智能體集成 ....................................................................................... 053
3.1.1 異構制造裝備集成過程中的問題分析 ....................................................... 053
3.1.2 裝備智能化需求分析 ................................................................................... 055
3.1.3 異構系統(tǒng)接口統(tǒng)一軟硬件基礎 ................................................................... 056
3.2 裝備智能體構建方法 ................................................................................................. 059
3.2.1 裝備智能體體系結構 ................................................................................... 059
3.2.2 裝備智能體功能模塊 ................................................................................... 061
3.2.3 裝備智能體間信息傳遞 ............................................................................... 064
3.2.4 接口統(tǒng)一方案模型設計 ............................................................................... 069
3.3 裝備智能體適配器的構建方法 ............................................................................... 071
3.3.1 適配器構建目的 ........................................................................................... 072
3.3.2 數控系統(tǒng)概述 ............................................................................................... 073
3.3.3 常見的數控系統(tǒng)通信協(xié)議 ........................................................................... 074
3.3.4 適配器基本結構 ........................................................................................... 075
3.3.5 適配器的工作過程 ....................................................................................... 078
3.3.6 統(tǒng)一接口設計模式 ....................................................................................... 079
3.3.7 基于橋接模式的統(tǒng)一接口實現 ................................................................... 081
3.3.8 基于 SIEMENS 數控系統(tǒng)構建適配器 ........................................................ 082
3.3.9 基于 FANUC 數控系統(tǒng)構建適配器 ............................................................ 087
3.4 本章小結 ................................................................................................................... 090
第 4 章 面向異構裝備智能體的信息交互技術 .................................................................... 091
4.1 物聯制造車間通信機制 ........................................................................................... 091
4.1.1 物聯制造車間通信協(xié)議 ............................................................................... 092
4.1.2 工件信息傳輸 ............................................................................................... 097
4.1.3 通信數據格式定義 ....................................................................................... 098
4.1.4 消息隊列機制的構建 ................................................................................... 099
4.2 裝備智能體間的信息交互技術 ............................................................................... 102
4.2.1 正常運行狀態(tài)交互模型 ............................................................................... 105
4.2.2 擾動狀態(tài)交互機制 ....................................................................................... 109
4.2.3 基于 RFID 技術的工件信息流 .....................................................................112
4.2.4 基于 RFID 技術的工序物流和地圖定位 .....................................................114
4.2.5 加工過程裝備控制信息流 ............................................................................119
4.2.6 加工過程裝備監(jiān)測信息流 ........................................................................... 121
4.3 本章小結 ................................................................................................................... 122
第 5 章 多智能體環(huán)境下的智能物流調度技術 .................................................................... 123
5.1 物流沖突管理 ........................................................................................................... 123
5.1.1 沖突類型分類 ............................................................................................... 124
5.1.2 沖突解決策略 ............................................................................................... 125
5.1.3 沖突協(xié)商策略 ............................................................................................... 126
5.2 路徑規(guī)劃方法 ........................................................................................................... 130
5.2.1 Floyd 算法 ..................................................................................................... 130
5.2.2 Dijkstra 算法 ................................................................................................. 132
5.2.3 改進的 Dijkstra 算法和 Floyd 算法 ............................................................. 133
5.2.4 離線—在線兩階段路徑規(guī)劃方法 ............................................................... 134
5.3 智能物流調度模型 ................................................................................................... 136
5.3.1 串聯區(qū)域控制模型的不足 ........................................................................... 136
5.3.2 基于混合區(qū)域控制模型的車間路徑布局 ................................................... 137
5.3.3 智能物流調度數學模型 ............................................................................... 139
5.3.4 智能調度優(yōu)化模型 ....................................................................................... 140
5.4 本章小結 ................................................................................................................... 142
第 6 章 基于多智能體制造系統(tǒng)的車間調度優(yōu)化方法 ........................................................ 143
6.1 柔性作業(yè)車間調度問題概述 ................................................................................... 143
6.1.1 柔性作業(yè)車間調度問題的提出原因 ........................................................... 143
6.1.2 調度結果表示方法 ....................................................................................... 145
基于物聯技術的多智能體制造系統(tǒng)
6.1.3 傳統(tǒng)車間調度方法的不足 ........................................................................... 146
6.2 面向低碳的車間多目標優(yōu)化調度模型 ................................................................... 148
6.2.1 多目標優(yōu)化方法 ........................................................................................... 148
6.2.2 車間能耗分析 ............................................................................................... 149
6.2.3 基于設備狀態(tài)—能耗曲線的車間能量模型 ............................................... 149
6.2.4 面向低碳的車間多目標優(yōu)化調度數學模型 ............................................... 151
6.3 基于多智能體制造系統(tǒng)的車間調度算法 ............................................................... 154
6.3.1 基于模糊綜合評價的訂單排序規(guī)則 ........................................................... 154
6.3.2 傳統(tǒng)合同網協(xié)議的不足 ............................................................................... 157
6.3.3 考慮任務優(yōu)先級的多智能體制造系統(tǒng)協(xié)商機制 ....................................... 162
6.3.4 擾動事件處理機制 ....................................................................................... 165
6.4 基于調度知識的自學習調度決策機制 ................................................................... 170
6.4.1 Agent 調度決策過程的強化學習模型 ........................................................ 170
6.4.2 Agent 調度策略自學習算法 ........................................................................ 174
6.4.3 基于 CB 的自學習調度決策機制 ................................................................ 176
6.5 本章小結 ................................................................................................................... 178
第 7 章 物聯制造系統(tǒng)可視化監(jiān)控技術 ................................................................................ 179
7.1 基于 3DS MAX 的三維建模技術 ............................................................................ 179
7.1.1 3DS MAX 簡介 ............................................................................................ 179
7.1.2 3DS MAX 建模步驟 ..................................................................................... 180
7.1.3 三維模型優(yōu)化關鍵技術 ............................................................................... 181
7.1.4 基于 DOP 的二叉樹層次優(yōu)化算法的場景模型優(yōu)化 ................................. 182
7.1.5 三維場景模型及格式化輸出 ....................................................................... 183
7.2 Unity 3D 簡介及場景環(huán)境構建 ............................................................................... 185
7.2.1 Unity 3D 簡介 ............................................................................................... 185
7.2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的場景環(huán)境構建 ........................................................................... 186
7.3 物聯制造車間的介入式三維可視化系統(tǒng) ............................................................... 188
7.3.1 物聯制造車間特點分析 ............................................................................... 188
7.3.2 系統(tǒng)需求分析 ............................................................................................... 189
7.3.3 物聯制造車間的介入式三維可視化監(jiān)控系統(tǒng)體系框架 ........................... 189
7.3.4 物聯制造車間的介入式三維可視化監(jiān)控系統(tǒng)功能結構 ........................... 191
7.3.5 物聯制造車間的介入式三維可視化監(jiān)控系統(tǒng)運行模式 ........................... 193
7.3.6 物聯制造車間的介入式三維可視化監(jiān)控系統(tǒng)網絡拓撲結構 ................... 194
7.4 監(jiān)控系統(tǒng)信息集成與處理技術 ............................................................................... 196
7.4.1 設備監(jiān)控模型構建 ....................................................................................... 196
7.4.2 監(jiān)控系統(tǒng)信息感知 ....................................................................................... 198
7.4.3 監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸 ................................................................................... 199
7.4.4 基于 E-R-T 模型的實時數據庫建模技術 ................................................... 202
7.5 監(jiān)控系統(tǒng)信息交互技術 ........................................................................................... 205
7.5.1 監(jiān)控系統(tǒng)中的模型動態(tài)行為 ....................................................................... 205
7.5.2 監(jiān)控系統(tǒng)中人機交互方式設計與實現 ....................................................... 213
7.6 原型系統(tǒng)設計與實現 ............................................................................................... 220
7.6.1 原型系統(tǒng)開發(fā)流程 ....................................................................................... 220
7.6.2 物聯制造車間仿真平臺 ............................................................................... 221
7.6.3 開發(fā)環(huán)境搭建 ............................................................................................... 225
7.6.4 仿真平臺的介入式三維可視化監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā) ........................................... 230
7.7 本章小結 ................................................................................................................... 235
第 8 章 基于多智能體制造系統(tǒng)的混線生產調度案例分析 ................................................ 236
8.1 混線生產調度問題 ................................................................................................... 236
8.1.1 混線生產約束 ............................................................................................... 237
8.1.2 組合加工約束 ............................................................................................... 237
8.1.3 實驗算例設計 ............................................................................................... 238
8.2 調度策略自學習實驗 ............................................................................................... 240
8.2.1 可行性實驗分析 ........................................................................................... 241
8.2.2 優(yōu)越性實驗分析 ........................................................................................... 242
8.3 動態(tài)擾動下混線生產調度實驗 ............................................................................... 247
8.3.1 機器故障下調度實驗 ................................................................................... 247
8.3.2 普通訂單擾動下調度實驗 ........................................................................... 253
8.3.3 緊急訂單擾動下調度實驗 ........................................................................... 256
8.4 組合加工案例實驗 ................................................................................................... 259
8.4.1 組合加工案例分析 ....................................................................................... 259
8.4.2 自學習調度決策機制 ................................................................................... 262
8.4.3 多擾動事件下調度決策機制 ....................................................................... 263
8.5 本章小結 ................................................................................................................... 266
基于物聯技術的多智能體制造系統(tǒng)
第 9 章 面向個性化定制的多智能體制造系統(tǒng)動態(tài)調度案例分析 .................................... 267
9.1 個性化訂單系統(tǒng) ....................................................................................................... 267
9.1.1 個性化訂單系統(tǒng)的應用開發(fā) ....................................................................... 267
9.1.2 個性化訂單系統(tǒng)架構及功能模塊設計 ....................................................... 269
9.2 智能調度系統(tǒng)構架搭建實例 ................................................................................... 276
9.2.1 智能調度系統(tǒng)框架搭建 ............................................................................... 276
9.2.2 多智能體系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境搭建 ....................................................................... 281
9.3 多智能體制造系統(tǒng)動態(tài)調度問題 ........................................................................... 286
9.3.1 問題描述 ....................................................................................................... 286
9.3.2 實驗算例設計 ............................................................................................... 287
9.4 多智能體系統(tǒng)動態(tài)實時調度實驗 ........................................................................... 289
9.4.1 無擾動實驗 ................................................................................................... 289
9.4.2 緊急訂單擾動實驗 ....................................................................................... 290
9.4.3 機床故障擾動實驗 ....................................................................................... 291
9.4.4 訂單優(yōu)先級調整擾動實驗 ........................................................................... 292
9.5 本章小結 ................................................................................................................... 294
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