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1、n 当前文档修改密码：基于多Agent的制造执行系统的功能模块设计摘要离散型制造企业其生产产品种类多、结构复杂、数据信息量大，生产过程包含众多变化和不确定因素，这些使得企业的过程控制复杂、多变。基于多Agent的制造执行管理系统MES（Manufacturing Execution System）能够提高计划过程的实时性和有效性，增强生产管理过程的响应能力，同时改善资源管理的运行效率，是与之相适应的现代生产管理方式。本课题以某软包装设备总厂有限公司机加工车间为应用背景，使用某一机型印刷机生产的历史数据，采用Java语言编程，以AgentBuilder为平台，在已建立的系统数据库基础上，通过基于
2、单件小批量生产模式的简单车间调度算法，进行MES车间调度功能模块的设计仿真实现，得出相应结果并对其进行分析。在通过了解Agent的结构、通信语言的基础上，研究了Agent的封装及各个Agent之间的通信。通过Agent的封装和通信来实现MES的调度功能模块，从而形成一个基于多Agent的制造执行系统的功能模块。关键词：MES；多Agent系统；调度算法；仿真；Agent封装Design of the Function Module of Multi-agent Based Manufacturing Execution System AbstractThe process control in
3、 discrete manufacturing enterprises is complicated and variable. Because products of the enterprises are great variety, complex structure and enormous information, besides its production process contains many changes and uncertain factors. Multi-agent based Manufacturing Execution System (MES) can i
4、mprove the real-time and effectiveness of planning process and enhance the response ability of the Production Management Process, at the same time, it can improve the operation efficiency of resource management. In short, its a modernized production management method that fits to discrete manufactur
5、ing enterprises.This topic chooses a machining workshop of flexible packaging equipment Co., Ltd as its application background, an AgentBuilder as its platform. To achieve the simulation of planning, we use the historical data of a printing machines production and Java programming language. Based on
6、 already established the system database, the simulation design of MES shop scheduling function modules can be carried out by using the shop scheduling algorithm which is based on the pattern of single and small batch production. Then we obtain the simulation results which are use to analyze the acc
7、uracy of the function modules. Thorough understanding the structure and communication language of Agents, we do a research in how to encapsulate Agents and communicate between different Agents. Then the multi-agent based MES shop scheduling function modules are built through the research.Keywords: M
8、ES; Multi-Agent System; shop scheduling algorithm; simulation; encapsulate Agents目录1、绪论11.1本研究课题的背景和意义11.2本研究课题相关领域现状11.2.1 MES介绍11.2.2 MES国内外应用现状21.2.3 车间调度21.2.4 基于多Agent的制造执行系统21.3 本研究课题的主要内容32、基于多Agent的MES介绍32.1 Agent的介绍32.1.1 Agent的定义32.1.2 Agent的特性42.2多Agent技术42.3 MAS42.4基于多Agent的MES53、基于单件小批量
9、生产模式的车间调度模块63.1调度功能模块概述63.1.1 单件小批量生产模式概述63.1.2 车间调度概述63.2算法分析及编程73.2.1调度方法概述73.2.2调度功能模块的总体思想73.2.3调度问题73.2.4调度算法83.2.5编程实现123.3数据仿真分析143.3.1 4x4的数据仿真143.3.2 实例仿真153.3.3 仿真总结184、Agent的通信及封装184.1 AgentBuilder介绍184.2 Agent间的通信214.3 Agent的封装225、总结与展望255.1总结255.2展望25致谢：25参考文献：26附录：271、绪论1.1本研究课题的背景和意义伴
10、随着经济全球化的发展，制造业的竞争日益激烈，当前越来越多的制造企业通过信息化提高自身综合竞争力。计划生产是以前制造业的传统生产方式：企业通过订单、市场情况等制定生产计划计划下放组织生产产品派送，这种生产模式的底层控制没有实时的动态指导，使上层计划与车间实际产生较大误差，最后制约其自身生产效率的提高。制造执行系统（Manufacturing Execution Systems，MES）正好解决这一问题，它可以有效地实现上层计划与车间实际的信息交互，从而使车间的计划、调度、生产更合理。对于离散型制造业想提高综合竞争力，就更要采用以 MES为核心的技术来整合自身。Agent又称代理，是一种具有自主性
11、、交互性、反应性和主动性的高度自治的实体1。基于多Agent的制造执行系统能满足敏捷制造环境下，工厂、车间和设备单元等不同管理层次自主能动、协调工作的要求；具有易于扩充、灵活性好、可靠新高等特点。随着制造系统向市场快速反应、分布自治方向发展，基于Agent的制造执行系统被认为是替代传统分级制造系统的最有前途的选择2。基于多Agent的MES能有力提高制造企业的竞争力，因此对于基于多Agent的MES技术的研究就十分有意义。调度作为MES的核心功能之一，其是否合理直接影响到MES在企业应用中的成败。本课题选MES车间作业调度功能模块为研究对象，将多Agent技术引入到调度模型，使调度系统具有高度
12、的柔性、敏捷的反应性和较强可扩充性,能够适应复杂多变的车间生产环境,以提高MES的性能和实用价值。1.2本研究课题相关领域现状1.2.1 MES介绍从上世纪90年代，美国先进制造研究机构（Advanced Manufacturing Research，AMR）首次提出制造执行系统的概念，许多国际组织都对MES的功能给出了明确的定义，并且还相继开发了相应模型，用于描述和标准化这类软件系统。但是，这些MES模型给出的定义都不够全面，对生产实体的大部分选件和系统并没有做出明确的阐述3。为了规范MES系统，美国仪表协会(ISA)编制了ISA-95企业控制系统集成标准，在ISA-95标准中对MES系统给
13、出详细定义。其第1部份“模型和专用术语”详细规定了业务经营和后勤支持系统与生产运行系统之间的接口，目前已被国际标准组织IEC/ISO所接受，正在发展成为国际标准。第2部分提供了系统之间的信息交换的基础。正在编制中的第3部分试图通过定义和详细规定发生在管理层与制造层之间的数据流和功能来重点解决互操作性的问题4。 1.2.2 MES国内外应用现状MES在发达国家已实现了产业化，其应用覆盖了离散与流程制造领域，并给企业带来了巨大的经济效益。MESA在93和96年两次对若干典型行业进行有关MES应用情况的调查，结果表明企业使用MES后，可有效缩短制造周期，缩短生产提前期，减少数据输入时间，改进产品质量
14、或减少次品等。据权威咨询公司AMR完成的一份市场调查显示：2004年，全球MES市场营收为10.6亿美元，与2001年相比，增长超过50%；2006年全球制造业在管理软件方面的投资，MES位居第二，仅次于ERP。在国外很多行业应用中MES已和ERP相提并论，而且MES已成为目前世界工业自动化领域的重点研究内容之一5。国内“十五”期间，流程工业领域MES成为技术研究突破口，在面向钢铁和石化两个典型流程制造业中已得到应用，开发出若干自主产权的MES系统。“十五”期间还对离散制造MES进行了探索性研究，并针对汽车、航空等典型离散行业进行了重点开发应用，已取得一定成果。总体来说，与发达国家相比，我国无
15、论在MES技术开发深度还是在应用广度上都存在一定差距，特别是对离散制造业MES系统的开发和应用。当前我国面向中小规模轻工设备制造行业的MES研究还远远不够。1.2.3 车间调度 车间生产过程的调度问题,是制造系统统筹、管理、优化三项技术发展的核心。车间作业调度及控制是实现高效率、高柔性和高可靠性生产的关键，有效实用的调度方法己成为先进制造技术的基础。由于调度问题的复杂性和现实世界的多样性,任何一个调度系统都很难解决所有加工车间的调度问题6。车间调度作为制造系统的研究热点，人们研究和发展了许多调度和优化算法，如遗传算法、神经网络、禁忌搜索等，其思想和内容涉及数学、人工智能、物理学等众多领域，为解决复杂车间问题提供了许多新的思路。1.2.4 基于多Agent的制造执行系统多Agent系统（Multi-Agent System，MAS）是一种分布式自治系统，各Agent之间通过智能行为协调自身的知识、目标、规划，联合起来解决特定问题。由于其具有对开放、动态的现实环境良好的灵活性和适应性，因此MAS理论受到广泛重视，在制造领域，例如车间资源配置、生产调度与控制、生产管理决策等，获得越来越多的应用。基于多Agent的制造系统信息集成管理平台
