基于數(shù)字孿生的模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制及重構(gòu)方法

宋思蒙，蔣增強(qiáng)+，馬 靖，王 強(qiáng)，趙志彪

(1.北京交通大學(xué) 機(jī)械與電子控制工程學(xué)院，北京 100044；2.中國(guó)兵器工業(yè)規(guī)劃研究院，北京 100053)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，日益增強(qiáng)的個(gè)性化市場(chǎng)需求縮短了產(chǎn)品生命周期，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性提出了更高的要求，重構(gòu)作為實(shí)現(xiàn)企業(yè)柔性生產(chǎn)的一種重要方式，對(duì)響應(yīng)日益增強(qiáng)的個(gè)性化市場(chǎng)需求具有重要的作用。可重構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)是一種面向柔性生產(chǎn)的下一代生產(chǎn)系統(tǒng)，旨在通過(guò)高效、低成本地改變自身結(jié)構(gòu)和功能，快速適應(yīng)市場(chǎng)環(huán)境的變化[1-2]，而作為可重構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要特性之一，模塊化(modularity)通過(guò)使用具備標(biāo)準(zhǔn)化的軟件和硬件接口，能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)的重構(gòu)難度，降低重構(gòu)成本[3-5]。目前，隨著新型信息技術(shù)在生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用，制造資源呈現(xiàn)出模塊化智能特性，生產(chǎn)系統(tǒng)基于模塊化智能資源的自組織、自組態(tài)等[6]特性，通過(guò)動(dòng)態(tài)重構(gòu)完成柔性生產(chǎn)要求。因此，研究新一代信息技術(shù)使能下的模塊化生產(chǎn)的運(yùn)行和重構(gòu)，對(duì)支撐企業(yè)柔性生產(chǎn)需求具有重要作用。

圍繞可重構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行優(yōu)化，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)展開(kāi)了深入研究，相關(guān)研究成果主要集中于可重構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)、可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、可重構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、可重構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系等[1,7-8]。然而，目前關(guān)于生產(chǎn)系統(tǒng)可重構(gòu)性的研究大多聚焦于傳統(tǒng)的集中式生產(chǎn)應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)工業(yè)4.0背景下信息物理融合技術(shù)使能的分布式應(yīng)用場(chǎng)景支撐不足。在信息物理融合技術(shù)使能的分布式生產(chǎn)場(chǎng)景中，具有獨(dú)立計(jì)算和決策能力的模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)在訂單執(zhí)行過(guò)程中通過(guò)協(xié)商和協(xié)作共同完成生產(chǎn)任務(wù)，這種新的生產(chǎn)組織模式對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)提出了更高的要求。一方面，由生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)協(xié)作和系統(tǒng)重構(gòu)導(dǎo)致的生產(chǎn)不確定性需要一種新的生產(chǎn)運(yùn)行管控機(jī)制；另一方面，系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)工藝和產(chǎn)能需求不斷進(jìn)行動(dòng)態(tài)重構(gòu)，需要一種重構(gòu)方法來(lái)保證重構(gòu)的合理性和運(yùn)行效率。數(shù)字孿生技術(shù)是實(shí)現(xiàn)信息物理融合的關(guān)鍵使能技術(shù)，其通過(guò)創(chuàng)建高保真的生產(chǎn)系統(tǒng)模型，構(gòu)建貫穿于物理空間和信息空間之間的感知、分析、決策、控制閉環(huán)，能夠?qū)崿F(xiàn)物理空間和信息空間的迭代仿真和協(xié)同優(yōu)化[9-10]。數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用為信息物理融合技術(shù)使能的分布式生產(chǎn)場(chǎng)景管控提供了解決方案，通過(guò)數(shù)字孿生的信息物理融合特性能夠?qū)崟r(shí)管控分布式模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的物理空間，了解當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)，通過(guò)信息物理空間的迭代優(yōu)化能夠?yàn)橄到y(tǒng)重構(gòu)提供決策依據(jù)。近年來(lái)，將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行管控和優(yōu)化成為研究熱點(diǎn)。

在車(chē)間運(yùn)行機(jī)制方面，陶飛等[11]提出數(shù)字孿生車(chē)間的概念，將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于車(chē)間運(yùn)行管控，研究了數(shù)字孿生車(chē)間的特點(diǎn)和運(yùn)行機(jī)制，討論了數(shù)字孿生車(chē)間在制造資源虛擬化、生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)過(guò)程管控3個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的作用；Guo等[12]研究了一種面向大規(guī)模定制產(chǎn)品的、基于數(shù)字孿生的柔性單元生產(chǎn)方式，通過(guò)數(shù)字孿生的迭代仿真和優(yōu)化提升生產(chǎn)系統(tǒng)銷(xiāo)率，減少在制品庫(kù)存；劉丹等[13]提出一種面向再制造過(guò)程的數(shù)字孿生平臺(tái)，研究了基于數(shù)字孿生的再制造車(chē)間作業(yè)模式和關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)數(shù)字孿生平臺(tái)解決再制造過(guò)程中的不確定性問(wèn)題；Guo[14]研究了數(shù)字孿生在固定作業(yè)島生產(chǎn)模式下復(fù)雜產(chǎn)品裝配過(guò)程中的應(yīng)用，通過(guò)數(shù)字孿生對(duì)裝配過(guò)程的物料和工具進(jìn)行透明化管控，減少?gòu)?fù)雜產(chǎn)品在裝配過(guò)程中對(duì)熟練作業(yè)人員的依賴(lài)，提高裝配準(zhǔn)確性和效率。由以上文獻(xiàn)可知，目前數(shù)字孿生在生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了一定的成果，未來(lái)需要針對(duì)工業(yè)4.0背景下，采用分布式控制架構(gòu)的模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制開(kāi)展相關(guān)研究。

在基于數(shù)字孿生的生產(chǎn)系統(tǒng)重構(gòu)方法方面，Leng等[15]將模塊化設(shè)備作為研究對(duì)象，通過(guò)復(fù)雜制造網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的系統(tǒng)重構(gòu)，然后通過(guò)數(shù)字孿生的半物理仿真和優(yōu)化對(duì)重構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，降低重構(gòu)成本；Zhang等[16]提出可重構(gòu)數(shù)字孿生的概念，并以手機(jī)模塊化裝配線為例提出了支持?jǐn)?shù)字孿生提快速重構(gòu)的五維模型，該模型針對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)層、控制層和設(shè)備層3個(gè)維度提出重構(gòu)解決方案，將數(shù)字孿生中的系統(tǒng)重構(gòu)和控制邏輯代碼開(kāi)發(fā)相結(jié)合；Um等[17]提出一個(gè)基于AutomationML的模塊化裝配產(chǎn)線信息模型，以支持模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的即插即用。由以上文獻(xiàn)可知，目前基于數(shù)字孿生的生產(chǎn)系統(tǒng)重構(gòu)研究主要通過(guò)設(shè)備、產(chǎn)線的再設(shè)計(jì)或模塊化工裝的切換進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)，未來(lái)還需要針對(duì)基于模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)級(jí)重構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步探索。

綜上所述，本文針對(duì)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)提出一種基于數(shù)字孿生的系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制和重構(gòu)方法。首先，提出一種基于數(shù)字孿生的模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制，明確系統(tǒng)總體架構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種模型驅(qū)動(dòng)的可重構(gòu)建模體系；然后，研究基于數(shù)字孿生的可重構(gòu)方法，以及系統(tǒng)重構(gòu)策略、基于多智能體協(xié)商的重構(gòu)機(jī)制和重構(gòu)方案生成機(jī)制；最后，結(jié)合應(yīng)用案例驗(yàn)證了本文基于數(shù)字孿生的系統(tǒng)快速重構(gòu)方法的可行性和有效性。

1 基于數(shù)字孿生的模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制

本文結(jié)合模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)在運(yùn)行和重構(gòu)過(guò)程中的功能需求，提出一種由模型驅(qū)動(dòng)的面向模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)字孿生運(yùn)行機(jī)制，主要包括系統(tǒng)總體架構(gòu)、基于數(shù)字孿生的可重構(gòu)建模體系和可重構(gòu)建模體系運(yùn)行機(jī)制。

1.1 數(shù)字孿生的系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于數(shù)字孿生的模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)如圖1所示，主要由物理層、模型層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層4部分組成。

(1)物理層 包括模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)及由模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)組合而成的生產(chǎn)單元，是模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)的載體。模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)既能獨(dú)立完成生產(chǎn)任務(wù)，又能通過(guò)組合形成生產(chǎn)單元共同執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)。模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)化的硬件設(shè)計(jì)(電路、網(wǎng)絡(luò)、連接機(jī)構(gòu))能夠快速、低成本地根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)組合成新的生產(chǎn)單元，而且部署在模塊化節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的傳感器、控制器和效應(yīng)器等硬件設(shè)備，能夠使其具備環(huán)境感知、計(jì)算決策和制造執(zhí)行能力。

(2)模型層 主要負(fù)責(zé)在信息空間內(nèi)對(duì)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行建模，通過(guò)幾何模型、物理模型、行為模型、知識(shí)模型分別定義和描述數(shù)字孿生車(chē)間的幾何屬性、物理規(guī)則、生產(chǎn)運(yùn)行邏輯、運(yùn)行知識(shí)；通過(guò)智能協(xié)商機(jī)制進(jìn)行模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)之間協(xié)商協(xié)作、節(jié)點(diǎn)種類(lèi)數(shù)量變更和節(jié)點(diǎn)重新組態(tài)等系統(tǒng)重構(gòu)行為的描述。模型層是數(shù)字孿生運(yùn)行的核心，通過(guò)模型層和數(shù)據(jù)層、物理層之間的交互，在信息空間內(nèi)對(duì)物理空間內(nèi)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行映射和描述，幫助生產(chǎn)管理人員了解生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀，并在實(shí)時(shí)管控功能的基礎(chǔ)上支撐基于協(xié)商的動(dòng)態(tài)重構(gòu)、重構(gòu)方案的仿真驗(yàn)證和模型驅(qū)動(dòng)的快速重構(gòu)等功能。

(3)數(shù)據(jù)層 主要用于存儲(chǔ)支撐模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)字孿生運(yùn)行的基礎(chǔ)配置數(shù)據(jù)和過(guò)程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類(lèi)型包括基本數(shù)據(jù)(如工藝數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)等)、仿真數(shù)據(jù)(如仿真效能指標(biāo)、仿真過(guò)程數(shù)據(jù)等)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(如扭力、轉(zhuǎn)角、電壓等實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù))。

(4)應(yīng)用層 主要服務(wù)于模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和仿真，基于數(shù)字孿生模型的可重構(gòu)應(yīng)用包括模型驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)重構(gòu)、基于多智能體協(xié)商的運(yùn)行方案重構(gòu)和重構(gòu)方案仿真驗(yàn)證。模型驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)重構(gòu)指系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員使用模型層中預(yù)定義的模型元素，通過(guò)可視化方法在信息空間內(nèi)快速設(shè)計(jì)和重構(gòu)模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)；基于多智能體協(xié)商的運(yùn)行方案重構(gòu)指在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)智能體協(xié)商生成重構(gòu)方案，以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)外部波動(dòng)；重構(gòu)方案仿真驗(yàn)證指通過(guò)模型層的仿真結(jié)果驗(yàn)證重構(gòu)方案的有效性和合理性。應(yīng)用層旨在通過(guò)數(shù)字孿生模型幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員完成模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)全生命周期內(nèi)的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、運(yùn)行管控和重構(gòu)等任務(wù)，提升重構(gòu)效率。

1.2 模型驅(qū)動(dòng)的數(shù)字孿生可重構(gòu)建模體系

為了適應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng)的重構(gòu)需求，本文提出模型驅(qū)動(dòng)的數(shù)字孿生的可重構(gòu)建模體系。數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)(Digital Twin driven Modular Production System, DT-MPS)可重構(gòu)建模體系由智能體協(xié)商機(jī)制(ANM)、行為模型(BM)、幾何模型(GM)、物理模型(PM)、知識(shí)模型(KM)5部分組成，通過(guò)建模體系在實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字孿生建模和描述的同時(shí)支持模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)重構(gòu)。

DT-MPS={ANM,BM,GM,PM,KM}。

(1)

(1)智能體協(xié)商機(jī)制

智能體協(xié)商機(jī)制是對(duì)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)總體控制架構(gòu)和總體運(yùn)行邏輯的描述，用于支撐系統(tǒng)內(nèi)模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的種類(lèi)、數(shù)量和節(jié)點(diǎn)間關(guān)聯(lián)關(guān)系的變化。DT-MPS采用多智能體架構(gòu)建立模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的控制架構(gòu)，將具有獨(dú)立生產(chǎn)能力的模塊化生產(chǎn)單元抽象為智能體，通過(guò)智能體之間基于生產(chǎn)任務(wù)的組合描述模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中的模塊化生產(chǎn)單元重構(gòu)。其控制架構(gòu)模型為

ANM={Agent,Msg,Port,Arch,Gateway}。

(2)

式中：Agent為系統(tǒng)內(nèi)的智能體；Msg為智能體之間傳遞的消息；Port為實(shí)現(xiàn)智能體通訊和協(xié)作的端口；Arch為系統(tǒng)內(nèi)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)動(dòng)態(tài)生成的臨時(shí)控制組織結(jié)構(gòu)；Gateway為實(shí)現(xiàn)智能體之間通訊的信息網(wǎng)關(guān)。

(2)行為模型

模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行是一系列智能體的協(xié)作和組態(tài)，因此在通過(guò)多智能體協(xié)商機(jī)制建立系統(tǒng)總體控制架構(gòu)后，需要對(duì)控制架構(gòu)內(nèi)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的行為進(jìn)行建模。行為模型是對(duì)架構(gòu)模型中智能體行為的定義和描述，主要包括智能體之間基于消息傳遞的協(xié)商行為和智能體完成生產(chǎn)任務(wù)的生產(chǎn)行為。行為模型包括行為觸發(fā)的條件Guard、生產(chǎn)行為的輸入Input、行為模型的輸出Output和行為模型的動(dòng)作Action，即

BM={Guard,Input,output,Action}。

(3)

(3)幾何模型

幾何模型是在虛擬環(huán)境內(nèi)對(duì)物理環(huán)境中的生產(chǎn)元素進(jìn)行建模和描述，與傳統(tǒng)的三維模型構(gòu)建相比，數(shù)字孿生系統(tǒng)內(nèi)的幾何模型需要滿足更多的需求：①能夠響應(yīng)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的重構(gòu)；②幾何模型能夠提供相應(yīng)的接口，并根據(jù)行為模型的運(yùn)行結(jié)果和運(yùn)行指令進(jìn)行相應(yīng)地變更。幾何模型包括模塊化組件Comp、模塊化組件關(guān)聯(lián)關(guān)系Struct、幾何模型運(yùn)動(dòng)規(guī)律約束Motion、幾何模型基本信息特性Property和幾何模型運(yùn)動(dòng)接口Interface，即

GM={Comp,Struct,Motion,Prop,Interface}。

(4)

(4)物理模型

物理模型是對(duì)生產(chǎn)單元運(yùn)行過(guò)程中的物理規(guī)律或物理量的定義和描述。物理模型的定義為

PM={Variable,Source,Func,Output}。

(5)

式中：Variable為物理模型中的物理量；Source為物理模型中的數(shù)據(jù)源；Func為由變量構(gòu)成的物理模型的表達(dá)式或數(shù)學(xué)模型；Output為物理模型的輸出量。在DT-MPS中，物理模型可以直接用于實(shí)時(shí)監(jiān)控物理變量或物理規(guī)律，將物理空間內(nèi)連續(xù)變化的物理變量轉(zhuǎn)化為行為模型中的仿真事件。

(5)知識(shí)模型

知識(shí)建模是對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)字孿生運(yùn)行過(guò)程中所需要的知識(shí)和信息進(jìn)行建模，為了滿足數(shù)字孿生在模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)重構(gòu)場(chǎng)景中的應(yīng)用，對(duì)知識(shí)模型進(jìn)行拓展，通過(guò)本體建立知識(shí)模型，在支撐數(shù)字孿生運(yùn)行的同時(shí)滿足生產(chǎn)系統(tǒng)重構(gòu)相關(guān)功能的需求。知識(shí)規(guī)則模型可以分為制造資源本體(Resource)、智能體本體(Agent)、服務(wù)本體(Service)和重構(gòu)規(guī)則本體(Rule)4類(lèi)，表示為

KM={Resource,Agent,Service,Rule}。

(6)

重構(gòu)規(guī)則本體主要對(duì)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)重構(gòu)規(guī)則、重構(gòu)邏輯、最佳重構(gòu)點(diǎn)和重構(gòu)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等信息進(jìn)行建模；智能體本體主要管理生產(chǎn)系統(tǒng)控制架構(gòu)中的智能體基本信息，包括智能體ID、智能體生產(chǎn)能力、智能體通訊地址和智能體關(guān)聯(lián)關(guān)系等，智能體進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)后首先將其基本信息和關(guān)聯(lián)信息維護(hù)到智能體本體中，完成信息注冊(cè)；制造資源本體主要對(duì)模塊化生產(chǎn)單元在生產(chǎn)過(guò)程中使用的人、機(jī)、料、法、環(huán)等信息資源進(jìn)行建模和維護(hù)；服務(wù)本體中建立基于OPC UA協(xié)議的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，將多源異構(gòu)設(shè)備中的數(shù)據(jù)進(jìn)行解耦，使數(shù)字孿生模型和物理層中傳感器、控制器、效應(yīng)器等硬件設(shè)備之間的指令和數(shù)據(jù)能夠相互傳遞。

面向DT-MPS的建模體系實(shí)現(xiàn)了在數(shù)字孿生體內(nèi)對(duì)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為和控制架構(gòu)等特性的建模，創(chuàng)建了系統(tǒng)運(yùn)行邏輯，為DT-MPS的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)重構(gòu)和模型驅(qū)動(dòng)的模塊化生產(chǎn)單元的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。

1.3 可重構(gòu)建模體系運(yùn)行機(jī)制

DT-MPS中可重構(gòu)建模體系運(yùn)行機(jī)制如圖2所示。首先基于多智能體控制架構(gòu)，創(chuàng)建由管理智能體、訂單智能體和執(zhí)行智能體組成的分布式協(xié)同控制架構(gòu)。其中：管理智能體主要進(jìn)行生產(chǎn)訂單的拆分、生產(chǎn)任務(wù)的投標(biāo)和發(fā)布；執(zhí)行智能體主要進(jìn)行生產(chǎn)任務(wù)的投標(biāo)、方案的檢查和執(zhí)行；訂單智能體屬于移動(dòng)智能體，能夠沿著通訊線路在各個(gè)智能體之間移動(dòng)，完成生產(chǎn)任務(wù)。管理智能體和執(zhí)行智能體之間通過(guò)智能體路由相連，具有通用的連接接口，智能體之間通過(guò)信息傳遞來(lái)協(xié)商任務(wù)并制訂重構(gòu)計(jì)劃。

行為模型是對(duì)智能體協(xié)商機(jī)制中的管理智能體和執(zhí)行智能體的行為進(jìn)行建模和描述。本文采用以拓展Petri網(wǎng)為元建模語(yǔ)言的模型庫(kù)對(duì)智能體內(nèi)部的管控邏輯進(jìn)行建模：對(duì)于管理智能體，主要進(jìn)行任務(wù)拆分、競(jìng)標(biāo)等管理行為的建模；對(duì)于執(zhí)行智能體，結(jié)合生產(chǎn)環(huán)境中的傳感器、控制器和效應(yīng)器交互構(gòu)建生產(chǎn)行為模型。行為模型是DT-MPS的運(yùn)行核心，通過(guò)拓展Petri網(wǎng)構(gòu)建行為模型后，在系統(tǒng)內(nèi)形成令牌驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)運(yùn)行體系。

行為模型采用具有通用語(yǔ)義的令牌在知識(shí)模型、物理模型和制造資源層之間進(jìn)行信息交互。

(1)在行為模型和多智能體協(xié)商機(jī)制交互方面，智能體通過(guò)端口接收到信息后，將信息轉(zhuǎn)化為消息令牌傳遞給行為模型，驅(qū)動(dòng)行為模型運(yùn)行。當(dāng)行為模型完成指定作業(yè)輸出信息時(shí)，智能體通訊服務(wù)將消息令牌轉(zhuǎn)化為符合智能體通訊語(yǔ)言(Agent Communication Language, ACL)定義的信息傳遞給指定的智能體。

(2)在行為模型和制造資源交互方面，行為模型通過(guò)調(diào)用服務(wù)，與由傳感器、控制器、執(zhí)行器構(gòu)成的硬件資源和由倉(cāng)儲(chǔ)管理、制造執(zhí)行管理等管理信息系統(tǒng)所組成的信息資源進(jìn)行交互。一方面，將從硬件資源和信息資源層讀取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為事件令牌傳遞給行為模型，驅(qū)動(dòng)行為模型運(yùn)行；另一方面，將行為模型運(yùn)行后產(chǎn)生的令牌按規(guī)定的數(shù)據(jù)接口或通訊協(xié)議轉(zhuǎn)化為信息和生產(chǎn)指令，并將其傳遞到信息資源層和硬件層。在行為模型與物理模型交互方面，根據(jù)生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)在運(yùn)行過(guò)程中需要管控的物理變量建立物理模型，物理模型從硬件資源中獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，結(jié)合模型管控規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，并將計(jì)算的結(jié)果轉(zhuǎn)化為事件令牌傳遞給行為模型，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)改變。

(3)在行為模型與知識(shí)規(guī)則模型交互方面，行為模型在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)實(shí)際需求，通過(guò)調(diào)用信息資源服務(wù)查詢(xún)知識(shí)規(guī)則模型中的本體，獲得支撐運(yùn)行所必須的知識(shí)和規(guī)則。

(4)在行為模型與幾何模型的信息傳遞方面，行為模型通過(guò)調(diào)用幾何模型提供的應(yīng)用程序接口(Application Programming Interface, API)對(duì)虛擬空間內(nèi)模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的屬性、位置、運(yùn)動(dòng)等靜態(tài)屬性和動(dòng)態(tài)屬性進(jìn)行變更。

通過(guò)拓展Petri網(wǎng)為元建模語(yǔ)言的系統(tǒng)行為建模，形成了一套基于通用語(yǔ)義、貫穿4個(gè)維度模型和多智能體協(xié)商機(jī)制、由令牌驅(qū)動(dòng)的DT-MPS可重構(gòu)建模體系運(yùn)行機(jī)制，為DT-MPS的重構(gòu)和運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

2 基于數(shù)字孿生的重構(gòu)方法

2.1 系統(tǒng)重構(gòu)策略

DT-MPS重構(gòu)策略的具體內(nèi)容如圖3所示。重構(gòu)策略通過(guò)模型驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)重構(gòu)、基于智能體協(xié)商的系統(tǒng)重構(gòu)和重構(gòu)方案仿真驗(yàn)證3種功能，對(duì)重構(gòu)事件觸發(fā)的模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的重構(gòu)需求進(jìn)行響應(yīng)。在3種重構(gòu)事件中，基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的變更重構(gòu)事件是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能升級(jí)或拓展的重構(gòu)事件，如添加模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)、修改模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)功能等；訂單需求變化重構(gòu)事件是當(dāng)訂單的產(chǎn)品類(lèi)型或產(chǎn)量需求超出當(dāng)前生產(chǎn)系統(tǒng)配置能力時(shí)的重構(gòu)事件，如產(chǎn)品族切換、訂單數(shù)量增加等；基于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的重構(gòu)事件是在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由于模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)異常而造成的系統(tǒng)重構(gòu)需求。

(1)模型驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)重構(gòu)功能 主要支撐系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)級(jí)的重構(gòu)，通過(guò)修改模型對(duì)模塊化節(jié)點(diǎn)的管控邏輯、信息物理融合機(jī)制、行為模型進(jìn)行重構(gòu)，滿足模塊化節(jié)點(diǎn)功能升級(jí)、新增節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)行為變更等系統(tǒng)需求。

(2)基于智能體協(xié)商的運(yùn)行方案重構(gòu)功能 主要支撐系統(tǒng)級(jí)重構(gòu)，即DT-MPS中的模塊化節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行的動(dòng)態(tài)組合。生產(chǎn)系統(tǒng)接收訂單后，智能體之間基于重構(gòu)規(guī)則和重構(gòu)算法進(jìn)行協(xié)商，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)動(dòng)態(tài)生成重構(gòu)方案后，對(duì)數(shù)字孿生和物理空間進(jìn)行重構(gòu)。

(3)重構(gòu)方案仿真驗(yàn)證功能 通過(guò)數(shù)字孿生對(duì)多智能體協(xié)商產(chǎn)生的生產(chǎn)系統(tǒng)重構(gòu)方案進(jìn)行仿真，幫助生產(chǎn)管理人員了解不同重構(gòu)方案中的系統(tǒng)布局、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)績(jī)效等信息，從而選擇最優(yōu)方案。

當(dāng)基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)變更的重構(gòu)事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員通過(guò)數(shù)字孿生可視化設(shè)計(jì)建模界面，對(duì)數(shù)字孿生模型層中的幾何模型、物理模型、行為模型、知識(shí)模型和多智能體架構(gòu)進(jìn)行修改，完成對(duì)數(shù)字孿生管控邏輯的變更。

當(dāng)基于訂單需求變化的重構(gòu)事件發(fā)生時(shí)，首先觸發(fā)基于智能體協(xié)商的重構(gòu)機(jī)制，結(jié)合當(dāng)前的生產(chǎn)系統(tǒng)能力判斷是否滿足需求。是則通過(guò)智能體協(xié)商生成重構(gòu)方案；否則觸發(fā)模型驅(qū)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)重構(gòu)機(jī)制，設(shè)計(jì)并更新節(jié)點(diǎn)信息后再次觸發(fā)協(xié)商機(jī)制，生成重構(gòu)方案。然后對(duì)重構(gòu)方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證，生產(chǎn)管理人員評(píng)估重構(gòu)方案的績(jī)效指標(biāo)和運(yùn)行效果，選擇一種重構(gòu)方案。確定重構(gòu)方案后，開(kāi)始進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)，包括數(shù)字孿生體中虛擬生產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)、布局和運(yùn)行邏輯等，并依照重構(gòu)方案中的坐標(biāo)信息和生產(chǎn)組織信息，通過(guò)調(diào)用孿生空間中的API或相關(guān)服務(wù)移動(dòng)虛擬節(jié)點(diǎn)的位置，重新進(jìn)行組合和編排。物理空間重構(gòu)是按照重構(gòu)方案重新組合物理環(huán)境中的模塊化節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)工廠布局重構(gòu)、硬件設(shè)備重構(gòu)等功能。生產(chǎn)系統(tǒng)的重構(gòu)方式按照生產(chǎn)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度可以劃分為自動(dòng)化重構(gòu)和人工重構(gòu)，重構(gòu)完成后觸發(fā)重構(gòu)完成信號(hào)開(kāi)始執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)。

當(dāng)基于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的重構(gòu)事件發(fā)生時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程被生產(chǎn)異常狀態(tài)打斷，物理層將生產(chǎn)異常信號(hào)傳遞到DT-MPS，再次觸發(fā)智能體協(xié)商機(jī)制，對(duì)未完成的生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行再次分配并執(zhí)行。

2.2 基于智能體協(xié)商的系統(tǒng)重構(gòu)機(jī)制

數(shù)字孿生中基于智能體協(xié)商的系統(tǒng)重構(gòu)機(jī)制通過(guò)訂單智能體、管理智能體和執(zhí)行智能體之間協(xié)商生成系統(tǒng)重構(gòu)方案，指導(dǎo)數(shù)字孿生體以及物理環(huán)境中模塊化節(jié)點(diǎn)的重構(gòu)，如圖4所示。

模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的多智能體系統(tǒng)控制架構(gòu)包括管理智能體、執(zhí)行智能體和訂單智能體3部分。其中：管理智能體主要負(fù)責(zé)分配生產(chǎn)任務(wù)和協(xié)調(diào)智能體；執(zhí)行智能體是對(duì)模塊化生產(chǎn)單元的抽象，描述模塊化生產(chǎn)單元的管控邏輯、生產(chǎn)能力、實(shí)時(shí)狀態(tài)；訂單智能體是系統(tǒng)讀取外部訂單信息后生成的臨時(shí)智能體，其主要功能包括獲取產(chǎn)品的工藝模型、生產(chǎn)數(shù)量等產(chǎn)品基本信息，記錄產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)信息，并在生產(chǎn)任務(wù)完成后進(jìn)行回收。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行由3類(lèi)智能體協(xié)作展開(kāi)，不同智能體之間通過(guò)智能體路由和接口連接，實(shí)現(xiàn)智能體之間的信息傳遞。

DT-MPS中的多智能體協(xié)商方式如圖5所示，其通過(guò)拓展Petri網(wǎng)構(gòu)建管理智能體和執(zhí)行智能體之間基于合同網(wǎng)協(xié)議的協(xié)商機(jī)制以及智能體間的通訊網(wǎng)絡(luò)。

(1)任務(wù)下達(dá)生產(chǎn)系統(tǒng)接收到訂單后，根據(jù)產(chǎn)品種類(lèi)和生產(chǎn)數(shù)量動(dòng)態(tài)地生成訂單智能體，并移動(dòng)到管理智能體下達(dá)生產(chǎn)訂單。訂單智能體(Order)包括產(chǎn)品工藝模型(Process)、物料清單(BillofMaterial，BOM)、制造執(zhí)行記錄(Record)等產(chǎn)品基本信息，即

Order={Process,BOM,Record}。

(7)

(2)能力檢查管理智能體接收生產(chǎn)訂單后，根據(jù)訂單智能體中的工藝模型和智能體本體檢查生產(chǎn)能力，從工藝能力和產(chǎn)能等各個(gè)方面衡量現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)是否具有完成該訂單的能力，若目前的生產(chǎn)系統(tǒng)不具備按時(shí)完成訂單的能力，則返回重新設(shè)計(jì)指令，指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)新節(jié)點(diǎn)或增加新節(jié)點(diǎn)，使生產(chǎn)系統(tǒng)具備生產(chǎn)能力；若經(jīng)過(guò)檢查生產(chǎn)系統(tǒng)具備生產(chǎn)能力，則按照工藝模型將訂單分解為一系列子任務(wù)，并將任務(wù)集TaskList發(fā)布給執(zhí)行智能體。任務(wù)集TaskList包括任務(wù)ID(TID)、工序信息(Operation)、完工時(shí)間(Due)和產(chǎn)品身份ID(ProductID)，即

TaskList={TID,Operation,Due,ProductID}。

(8)

(3)報(bào)價(jià)執(zhí)行智能體接收到任務(wù)清單后，根據(jù)自身知識(shí)、生產(chǎn)能力和當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)對(duì)任務(wù)進(jìn)行投標(biāo)，報(bào)價(jià)(Bid)內(nèi)容包括任務(wù)ID(TID)、智能體ID(AgentID)、通訊地址(CID)、智能體編號(hào)(ACode)物理坐標(biāo)(Position)等基本信息，以及預(yù)期完工時(shí)間(Date)等報(bào)價(jià)信息。

Bid={TID,AgentID,CID,ACode,

Position,Date}。

(9)

(4)生成臨時(shí)合同管理智能體收到報(bào)價(jià)后，結(jié)合重構(gòu)算法，根據(jù)報(bào)價(jià)集合生成臨時(shí)合同iContract，并將臨時(shí)合同發(fā)送給執(zhí)行智能體。臨時(shí)合同中包括任務(wù)ID(TID)和智能體ID(AgentID)。

iContract={TID,AgentID}。

(10)

(5)生成最終合同執(zhí)行智能體接收到臨時(shí)合同后，結(jié)合自身的工藝能力約束、產(chǎn)能約束和運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)臨時(shí)合同中產(chǎn)品的加工順序和加工批次進(jìn)行決策，并檢查所做決策是否同現(xiàn)有方案沖突。若通過(guò)執(zhí)行智能體協(xié)商和決策能夠形成執(zhí)行計(jì)劃，則驗(yàn)證通過(guò)，發(fā)送OK信息給全部執(zhí)行智能體，更新智能體內(nèi)部的知識(shí)庫(kù)；若執(zhí)行智能體協(xié)商不通過(guò)，則發(fā)送Nogood信息到全部執(zhí)行智能體。若協(xié)商后完成生產(chǎn)任務(wù)分配，則管理智能體生成最終合同fContract，最終合同中包含任務(wù)ID(TID)、智能體ID(AgentID)和任務(wù)優(yōu)先級(jí)(priority)；若協(xié)商后不能生成執(zhí)行方案，則管理智能體需要重新生成臨時(shí)合同，開(kāi)始新一輪協(xié)商，重復(fù)上述兩個(gè)步驟找出能夠執(zhí)行的生產(chǎn)方案。若窮盡所有方案后仍然不能形成解決方案，則不能生產(chǎn)當(dāng)前該訂單。

fContract={TID,AgentID,priority}。

(11)

(6)重構(gòu)生成最終合同后，數(shù)字孿生體根據(jù)最終合同重構(gòu)信息空間和物理空間。完成重構(gòu)后執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)，訂單智能體沿著最終合同中的工藝路線順序生產(chǎn)，完工交付后訂單智能體消解。

3 實(shí)例驗(yàn)證

本文選擇采用大規(guī)模定制生產(chǎn)模式的某電氣設(shè)備裝配車(chē)間作為實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。該車(chē)間產(chǎn)品的定制化程度高，生產(chǎn)批量波動(dòng)大，產(chǎn)品族切換頻繁，生產(chǎn)管控要求嚴(yán)格。車(chē)間內(nèi)通過(guò)具有獨(dú)立能源、控制、網(wǎng)絡(luò)和制造執(zhí)行設(shè)備的模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)重構(gòu)來(lái)滿足生產(chǎn)需求。結(jié)合本文提出的DT-MPS運(yùn)行機(jī)制和重構(gòu)方法，搭建模塊化工廠數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)車(chē)間運(yùn)行管控以及重構(gòu)方案的制訂和仿真驗(yàn)證，實(shí)例驗(yàn)證的具體實(shí)施過(guò)程如圖6所示，流程如下：

(1)搭建數(shù)字孿生車(chē)間 首先通過(guò)系統(tǒng)建模設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模，從架構(gòu)模型、知識(shí)模型、幾何模型、物理模型和行為模型5個(gè)維度描述模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行邏輯和功能。具體流程如下：

1)幾何模型 通過(guò)三維軟件創(chuàng)建模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的幾何模型，描述節(jié)點(diǎn)的外觀、尺寸、裝配關(guān)系和運(yùn)動(dòng)邏輯，設(shè)計(jì)幾何模型驅(qū)動(dòng)服務(wù)，定義幾何模型的運(yùn)行行為邏輯。

2)行為模型 采用拓展Petri網(wǎng)構(gòu)建生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)行為模型，描述生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)接收生產(chǎn)任務(wù)、制造執(zhí)行、完工交付過(guò)程的運(yùn)行邏輯，實(shí)現(xiàn)融合工藝流、物料流和信息流的運(yùn)行管控行為模型。

3)物理模型 針對(duì)模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的扭矩?cái)?shù)據(jù)、轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)、電壓測(cè)試數(shù)據(jù)等生產(chǎn)過(guò)程中需要進(jìn)行管控的物理參數(shù)建立物理模型，實(shí)現(xiàn)物理參數(shù)的管控。

4)知識(shí)規(guī)則模型 建立支持系統(tǒng)運(yùn)行的知識(shí)本體，維護(hù)與節(jié)點(diǎn)相關(guān)的信息物理融合服務(wù)信息、設(shè)備地址、智能體地址信息、生產(chǎn)能力信息等。

5)架構(gòu)模型 完成節(jié)點(diǎn)建模后，創(chuàng)建由管理智能體、執(zhí)行智能體和智能體通訊路由組成的系統(tǒng)架構(gòu)模型，通過(guò)可視化模型完成智能體協(xié)商機(jī)制建模。

(2)基于多智能體協(xié)商的系統(tǒng)重構(gòu) 通過(guò)管理智能體和執(zhí)行智能體之間基于信息傳遞的協(xié)商交互機(jī)制，以對(duì)話的形式顯示智能體的協(xié)商行為，根據(jù)重構(gòu)算法從經(jīng)濟(jì)性和效率的角度選出適合的生產(chǎn)方案。

(3)生成重構(gòu)方案 將模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)商生成的最終生產(chǎn)方案轉(zhuǎn)化為重構(gòu)方案。重構(gòu)方案包括：

1)重構(gòu)生產(chǎn)單元布局 根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)劃分情況生成模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的布局方案。

2)重構(gòu)控制架構(gòu) 根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)將執(zhí)行智能體劃分為動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)組織，建立智能體之間的虛擬連接方式。

3)劃分工藝路線 結(jié)合子任務(wù)的分配情況，將產(chǎn)品工藝路線中的工序和工步與模塊化標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)綁定。

4)重構(gòu)管控流程 結(jié)合訂單中差異化產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程管控需求，調(diào)整生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行邏輯。

5)重構(gòu)服務(wù)關(guān)聯(lián) 按照生產(chǎn)過(guò)程，結(jié)合服務(wù)資源本體，對(duì)行為模型中建模元素綁定的服務(wù)進(jìn)行增加、修改、刪除等操作，重新建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。

(4)重構(gòu)方案仿真 根據(jù)重構(gòu)方案生成仿真參數(shù)，建立產(chǎn)品虛擬訂單，對(duì)訂單的執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行仿真，得到仿真結(jié)果，驗(yàn)證模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行邏輯是否正確，以及模型和信息、物理空間之間的數(shù)據(jù)、指令交互是否正確。

(5)更新虛擬車(chē)間 根據(jù)重構(gòu)方案，調(diào)用虛擬車(chē)間API更新虛擬車(chē)間內(nèi)的車(chē)間布局以及模塊化節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

(6)更新物理車(chē)間 作業(yè)人員根據(jù)系統(tǒng)重構(gòu)方案連接和組合模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)，形成生產(chǎn)單元。

(7)開(kāi)啟生產(chǎn)執(zhí)行活動(dòng) 模塊化生產(chǎn)單元在數(shù)字孿生模型的管控下，按照重構(gòu)方案中的生產(chǎn)任務(wù)劃分方案開(kāi)始生產(chǎn)活動(dòng)。

實(shí)例驗(yàn)證平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)如圖7所示，在數(shù)字孿生的構(gòu)建方面，通過(guò)C#.NET框架開(kāi)發(fā)DT-MPS建模平臺(tái)，并在平臺(tái)內(nèi)以拓展Petri網(wǎng)為元建模語(yǔ)言，對(duì)物理模型、行為模型和多智能體協(xié)商機(jī)制進(jìn)行建模；采用三維建模軟件完成系統(tǒng)硬件建模后，在PlantSimulation軟件中創(chuàng)建模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的幾何模型，并通過(guò)組件對(duì)象模型(Component Object Model，COM)和建模平臺(tái)建立連接；采用Protégé構(gòu)建知識(shí)模型，并通過(guò)RDFSharp開(kāi)發(fā)包和建模平臺(tái)建立連接。

根據(jù)客戶(hù)需求，通過(guò)車(chē)間制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)下達(dá)生產(chǎn)訂單，然后DT-MPS中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)工藝路線將產(chǎn)品拆分為子任務(wù)，結(jié)合訂單中的生產(chǎn)種類(lèi)、數(shù)量和交貨日期等外部約束，以及自身制造資源、工藝能力、運(yùn)行狀態(tài)等內(nèi)部約束，通過(guò)多智能體架構(gòu)協(xié)商得出協(xié)商結(jié)果，制訂重構(gòu)方案，并通過(guò)系統(tǒng)仿真得到仿真參數(shù)。生產(chǎn)管理人員結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，根據(jù)各工位利用率、訂單生產(chǎn)周期和方案需要的工人數(shù)等指標(biāo)數(shù)據(jù)選擇重構(gòu)方案。根據(jù)協(xié)商結(jié)果建立執(zhí)行智能體的臨時(shí)組織，重構(gòu)系統(tǒng)控制架構(gòu)，并根據(jù)子任務(wù)的分配情況劃分工藝路線和節(jié)點(diǎn)的先后作業(yè)順序，根據(jù)各個(gè)工位在工藝路線中分配的任務(wù)重構(gòu)系統(tǒng)布局。對(duì)于每個(gè)執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)的模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的行為模型，結(jié)合訂單中客戶(hù)定制產(chǎn)品的工藝管控需求，更新行為模型中的管控類(lèi)型、采集參數(shù)、生產(chǎn)規(guī)范等管控流程信息，并結(jié)合產(chǎn)品管控需求更新與行為模型綁定的服務(wù)。完成模型層重構(gòu)后，調(diào)用API完成虛擬車(chē)間內(nèi)的模型布局和工藝流程重構(gòu)，指導(dǎo)生產(chǎn)作業(yè)人員按照生成的新布局方案重新組合物理車(chē)間內(nèi)的模塊化生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)，然后開(kāi)始生產(chǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著新一代IT技術(shù)的快速發(fā)展和第四次工業(yè)革命的到來(lái)，基于信息物理融合技術(shù)的模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)成為面向未來(lái)的制造模式之一。本文針對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)在模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)管控和重構(gòu)過(guò)程中的應(yīng)用，提出一種模型驅(qū)動(dòng)的模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)重構(gòu)方法，可以通過(guò)可視化模型建模方法快速設(shè)計(jì)和重構(gòu)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)模型管控生產(chǎn)運(yùn)行。另外，研究了一種基于智能體協(xié)商的系統(tǒng)運(yùn)行方案重構(gòu)方法，在系統(tǒng)運(yùn)行階段通過(guò)智能體之間協(xié)商制定系統(tǒng)重構(gòu)方案，響應(yīng)系統(tǒng)變化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)重構(gòu)。最后，通過(guò)數(shù)字孿生的仿真驗(yàn)證功能為生產(chǎn)管理人員提供生產(chǎn)管理和決策依據(jù)。

后續(xù)工作將重點(diǎn)探究新一代IT技術(shù)在模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化中的應(yīng)用，如模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的資源匹配調(diào)度優(yōu)化算法、模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的系統(tǒng)行為預(yù)測(cè)與預(yù)處理機(jī)制，以及強(qiáng)化學(xué)習(xí)在模塊化生產(chǎn)統(tǒng)中的應(yīng)用等。