基于DAI的FMS智能檢測

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:4115

      先進(jìn)制造技術(shù)與系統(tǒng)中大量應(yīng)用了各種人工智能技術(shù),尤其是專家系統(tǒng)技術(shù)。但以往大都是以單機(jī)單結(jié)點(diǎn)應(yīng)用為主,即使是一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)結(jié)點(diǎn)采用了人工智能技術(shù),但制造系統(tǒng)往往本身是遞階集中控制的,導(dǎo)致各節(jié)點(diǎn)的人工智能技術(shù)應(yīng)用是以孤島方式存在,相互間并無明顯聯(lián)系。事實(shí)上,先進(jìn)制造系統(tǒng)信息處理本質(zhì)上應(yīng)是分布式的,只是在傳統(tǒng)遞階與集中控制方式下,這一特點(diǎn)被掩蓋了。隨著分布式處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,在先進(jìn)制造系統(tǒng)的檢測監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用分布式人工智能(Distributed Artificial Intelligence—DAI)技術(shù)已是必然,并已成為檢測監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化的核心技術(shù)[1~3]
    本文以柔性制造系統(tǒng)(FMS)為對象,討論DAI技術(shù)在FMS檢測監(jiān)控技術(shù)中的應(yīng)用。由于FMS固有的復(fù)雜性,它是先進(jìn)制造系統(tǒng)的典型代表,因此這里所討論的技術(shù)也可直接應(yīng)用于各類先進(jìn)制造系統(tǒng)。
1 FMS智能檢測監(jiān)控系統(tǒng)建模
  圖1為一實(shí)際FMS(BQ—FMS)平面布置圖,其主要組成:2臺(tái)加工中心、1輛有軌自動(dòng)導(dǎo)引小車(AGV)、1臺(tái)換刀機(jī)器人、1臺(tái)工件清洗機(jī)、中央刀庫、工件交換站、托盤緩沖站、FMS控制器等部分。BQ—FMS加工的零件包括:表尺座、油路板、變速盒、閥體、行星齒輪架等。





  在圖3中,監(jiān)控模塊、診斷模塊由于只由狀態(tài)表驅(qū)動(dòng),其擁有知識也只和本Agent有關(guān)。而融合、協(xié)調(diào)、控制模塊和其它Agent有關(guān),故系統(tǒng)中Agent的數(shù)量和對象變化時(shí),它是要相應(yīng)改變的。但在實(shí)際應(yīng)用中,我們只接受其它Agent送過來的其自身對其狀態(tài)的響應(yīng)信息,而非原始信息,故數(shù)量較少,復(fù)雜性也大為降低,結(jié)合下一節(jié)的方法,就可解決多Agent應(yīng)用的知識更新問題。
  在該DAI系統(tǒng)中,采用了多Agent系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法,各Agent之間的信息交互方法十分重要。可用的方法也很多,為了簡化設(shè)計(jì),采用公共黑板方式。
2 融合、協(xié)調(diào)、控制策略
 
 在FMS每一個(gè)監(jiān)控子系統(tǒng)(Agent)中,監(jiān)控、診斷、控制等模塊都是基于知識的子智能行為體,或者可以說是一種更小和更簡單的子Agent,但它們的實(shí)現(xiàn)方法有差異。監(jiān)控和診斷模塊是根據(jù)本Agent采集的設(shè)備狀態(tài)信息,由子系統(tǒng)狀態(tài)表直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)行,由于強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性,并簡化設(shè)計(jì),采用專家系統(tǒng)思想,利用IF—THEN規(guī)則形成描述知識和指導(dǎo)推理,每一條IF—THEN規(guī)則除含有診斷信息外,還含有該規(guī)則相對應(yīng)的本Agent調(diào)度、控制策略。如前所述,這一策略還不是該Agent最終執(zhí)行的調(diào)度策略。下面著重介紹融合、協(xié)調(diào)、控制模塊的運(yùn)行機(jī)理與控制策略。
  (1)首先本模塊要進(jìn)行狀態(tài)信息融合,信息來源為本Agent的狀態(tài)表、監(jiān)控與診斷模塊提供的特征與控制信息、另2個(gè)相關(guān)Agent發(fā)來的狀態(tài)信息。
  (2)根據(jù)融合后的信息及監(jiān)控診斷模塊提供的初步控制策略,在本模塊擁有的知識的支持下,確定本Agent實(shí)際應(yīng)采用的運(yùn)行、調(diào)度與控制策略。作為一特定工程背景,知識系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)仍可采用IF—THEN規(guī)則形式,只不過這里的每一條規(guī)則要考慮Agent B、Agent C的影響,下面以Agent A為例,形式為
  IF Agent A處于A1(A1表示加工中心正常加工)
  AND Agent B處于B1(B1表示機(jī)器人運(yùn)行正常)
    Agent C處于C1(C1表示AGV運(yùn)行正常)
  THEN DO 事件0(事件0表示進(jìn)行正常加工)
  ELSE 1 IF Agent B處于B2(B2表示機(jī)器人不能運(yùn)送刀具)
     Agent C處于C1
     DO 事件1(事件1:當(dāng)前工件的當(dāng)前工序完成后停止加工)
  ELSE n IF Agent B處于Bn
       Agent C處于Cn
       DO\事件n
  最終本Agent的動(dòng)作是Agent A、Agent B、Agent C綜合影響的結(jié)果。
  (3)這里存在一個(gè)問題,即Agent A影響了Agent B和Agent C,則B和C內(nèi)部又要進(jìn)行協(xié)調(diào)、控制,反過來Agent B影響Agent A和Agent C,Agent C影響Agent A和Agent B,不斷循環(huán),極限情況下會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定。同時(shí)由多Agent構(gòu)成的FMS檢測監(jiān)控子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性也大幅下降。這是多Agent系統(tǒng)不允許的,也是DAI系統(tǒng)在工程中能否有效應(yīng)用須解決的關(guān)鍵問題。針對BQ—FMS檢測監(jiān)控,我們采用如下方法綜合進(jìn)行解決。
  (1)對Agent間相互影響采用循環(huán)次數(shù)控制,當(dāng)次數(shù)多于設(shè)定值時(shí)自行停止。
  (2)在多Agent中引入一主控Agent(MainAgent),由它決定這種循環(huán)是否應(yīng)該結(jié)束。這里對加工系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的AgentA可設(shè)定為MainAgent。
  (3)采用時(shí)間來約束,這是一種類似“Watchdog(看門狗)”的技術(shù)方法。
  (4)由各Agent的知識系統(tǒng)對其循環(huán)協(xié)調(diào)過程的穩(wěn)定性進(jìn)行判定。若其它Agent狀態(tài)變化某一時(shí)刻不引起本Agent狀態(tài)變化,則穩(wěn)定。這樣逐步增加穩(wěn)定Agent數(shù),最終是DAI系統(tǒng)中每個(gè)Agent都穩(wěn)定。該方法是多Agent達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的關(guān)鍵。
3 試驗(yàn)系統(tǒng)組成
  基于多Agent的BQ—FMS檢測監(jiān)控系統(tǒng)可采用圖4所示的2種方法組建。
  圖4a中各Agent的聯(lián)系通過智能串行通訊卡實(shí)現(xiàn),通訊方式是點(diǎn)對點(diǎn)或用現(xiàn)場總線。智能通訊卡可直接接入MainAgent(如用PCL744通訊卡),這樣公共黑板宜放在MainAgent上。對于3個(gè)Agent的簡單情況也可直接用PC機(jī)的2個(gè)串口,兩兩相連解決。在圖4b中采用客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu),各Agent連在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上,公共黑板可以存在任一Agent中,更好的方法是直接放在服務(wù)器上,這樣各Agent都可高效存取黑板,同時(shí)檢測監(jiān)控系統(tǒng)也方便地和FMS其它分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息集成。
4 結(jié)論
  由于用分布式人工智能(DAI)技術(shù)研究與開發(fā)FMS檢測監(jiān)控系統(tǒng)真實(shí)、有效地反映了FMS檢測監(jiān)控信息處理的特點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)FMS檢測監(jiān)控系統(tǒng)智能化的技術(shù)基礎(chǔ)。采用多Agent方法建立FMS檢測監(jiān)控系統(tǒng)的模型具有直觀、簡便、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。所采用的融合、協(xié)調(diào)和控制方法,知識表示與推理機(jī)制是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的關(guān)鍵。

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