基于Stigmergy的Holonic控制架构与调度策略

中国机械工程 ›› 2015, Vol. 26 ›› Issue (1): 49-54,62.

基于Stigmergy的Holonic控制架构与调度策略

汤洪涛;刘璐;陈明;鲁建厦

浙江工业大学，杭州，310032

出版日期:2015-01-10 发布日期:2015-01-15
基金资助:
国家自然科学基金资助项目（70971118,71101129）；浙江省自然科学基金资助项目（Y1111118，LY12E05021）；浙江省科技厅重大科技专项和优先主题项目（2009C11164）

A Stigmergy-based Holonic Control Architecture and Scheduling Strategy

Tang Hongtao;Liu Lu;Chen Ming;Lu Jiansha

Zhejiang University of Technology,Hangzhou,310032

Online:2015-01-10 Published:2015-01-15
Supported by:
National Natural Science Foundation of China（No. 70971118,71101129）;Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China（No. Y1111118，LY12E05021）

摘要/Abstract

摘要：

针对制造执行系统递阶式的控制结构以及Stigmergy机制在Holonic控制架构中应用的局限性，通过在Holonic制造系统PROSA参考架构基础上为基本holon以及参谋holon分别设计对应的蚂蚁holon，构建了基于Stigmergy的Holonic控制架构，给出了该架构下各类holon单元的4种内部holon(数据holon、决策holon、通讯holon和结构holon)，并定义了应用于基本holon和参谋holon之间传递具体信息以及订单holon与资源holon之间协商加工方案的两种信息素。给出了作业车间调度问题的数学描述，以最长完成时间最短为调度目标，提出了在基于Stigmergy的Holonic控制架构下各类holon单元以两种信息素为媒介协商实现作业车间调度的基本策略，并通过算例验证了该策略的有效性。

关键词: 作业车间调度, Holonic控制架构, Stigmergy协商机制, 蚁群算法

Abstract:

Aiming at the hierarchical control architecture of manufacturing execution system and the application limitations of Stigmergy in Holonic control architecture, a Stigmergy-based Holonic control architecture was proposed by introducing an ant holon for every basic holon and staff holon.Four internal holons (data holon,decision holon,communication holon and structure holon) were designed for each holon unit.According to different application scopes two types of pheromones were defined. Aiming at the optimization objective of total completion time,a basic Job Shop scheduling strategy achieved by each holon unit under the Stigmergy-based Holonic control architecture was proposed. The validity of the method was verified through an example calculation.

Key words: job-shop scheduling, Holonic control architecture, Stigmergy negotiation mechanism, ant colony algorithm

中图分类号:

TH186

汤洪涛, 刘璐, 陈明, 鲁建厦. 基于Stigmergy的Holonic控制架构与调度策略[J]. 中国机械工程, 2015, 26(1): 49-54,62.

Tang Hongtao, Liu Lu, Chen Ming, Lu Jiansha. A Stigmergy-based Holonic Control Architecture and Scheduling Strategy[J]. China Mechanical Engineering, 2015, 26(1): 49-54,62.

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: https://www.cmemo.org.cn/CN/

https://www.cmemo.org.cn/CN/Y2015/V26/I1/49

参考文献

[1]Valckenaers P, Van Brussel H, Verstraete P, et al.Schedule Execution in Autonomic Manufacturing Execution Systems[J].Journal of Manufacturing Systems，2007，26（2）：75-84.
[2]Valckenaers P, Van Brussel H.Holonic Manufacturing Execution Systems[J].CIRP Annals Manufacturing Technology，2005，54（1）：427-432.
[3]Verstraete P，Valckenaers P.Towards Cooperate Planning and Manufacturing Execution Systems[C]//The 12th IFAC Conference.Saint-Etienne,2006:371-376.
[4]Karuna H，Verstraete P，van Brussel H，et al.Production Planning and Control in Bio-inspired Holonic Manufacturing Execution Systems[C]//8th IFAC International Workshop on Intelligent Manufacturing Systems. San Vicente del Raspeig，2007：42-49.
[5]Barbosa J，Leitao P，Trentesaux D，et al.Enhancing ADACOR with Biology Insights Towards Reconfigurable Manufacturing Systems[C]//IECON 2011-37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society. Melbourne,2011：2746-2751.
[6]Wang Lei，Tang Dunbing，Gu Wenbin，et al.Pheromone-based Coordination for Manufacturing System Control[J].Journal of Intelligent Manufacturing，2012，23（3）：747-757.
[7]Gao Qinglu，Luo Xin，Yang Shuzi. Stigmergic Cooperation Mechanism for Shop Floor Control System[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2005，25(7)：743-753.
[8]Brussel H V，Wyns J，Valckenaers P，et al.Reference Architecture for Holonic Manufacturing Systems: PROSA[J]. Computers in Industry，1998，37(3)：255-274.
[9]Leitao P，Restivo F.ADACOR：a Holonic Architecture for Agile and Adaptive Manufacturing Control[J].Computers in Industry, 2006，57(2)：121-130.
[10]Pujo P, Broissin N,Ounnar F. PROSIS: an Isoarchic Structure for HMS Control[J].Engineering Applications of Artificial Intelligence，2009，22(7)：1034-1045.
[11]Valckenaers P,Hadeli K, Germain B S，et al.MAS Coordination and Control Based on Stigmergy[J].Computers in Industry，2007，58(7)：621-629.
[12]Scholz-Reiter B，de Beer C，Freitag M，et al.Bio-inspired and Pheromone-based Shop-floor Control[J].International Journal of Computer Integrated Manufacturing，2008，21(2):201-205.
[13]Shi Ke，Qin Xuan.Stigmergy Based Autonomous Shop Floor Control with Wireless Sensor Networks[C]//9th IEEE International Conference on Industrial Informatics.Lisbon，2011：375-380.
[14]Dorigo M, Maniezzo V, Colorni A.The Ant System:Optimization by a Colony of Cooperating Agents[J].IEEE Transactions on Systems，Man and Cybernetics-Part B，1996，26(1)：1-13.

[1]	张国辉, 蔡翌豪, 李志霄, 郭胜会, 张海军. 考虑有限AGV运输资源的柔性作业车间调度研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(08): 1811-1823.
[2]	李涛, 邓林辉, 莫彬, 石非凡, 刘伟嵬. 基于混合遗传蚁群优化随机森林算法的激光熔覆Ni60裂纹预测与工艺参数优化[J]. 中国机械工程, 2025, 36(06): 1322-1328,1337.
[3]	李毅仁1, 2, 王柏琳1, 2, 袁帅鹏1, 2, 李铁克1, 2, 王阳1, 2. 考虑结晶器在线调宽浇次计划的改进蚁群算法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(03): 614-622，633.
[4]	李益兵1, 2, 曹岩1, 郭钧1, 2, 王磊1, 2, 李西兴3, 孙利波4. 考虑峰值功率受限约束的柔性作业车间调度研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(02): 280-293.
[5]	魏书鹏, 唐红涛, 李西兴, 杨冠宇, 张健. 考虑双资源约束的柔性机械加工车间逆调度问题研究[J]. 中国机械工程, 2024, 35(03): 457-471.
[6]	魏光艳, 叶春明. 分布式多柔性装配作业车间调度问题研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(20): 2442-2455.
[7]	史双元, 熊禾根. 考虑加班的无拖期作业车间调度问题多目标金鹰优化算法研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(17): 2077-2088.
[8]	张维存, 顾洪羽. 一人多机模式下考虑相似学习效应的车间调度问题[J]. 中国机械工程, 2023, 34(14): 1701-1709.
[9]	唐炜, 孙宇, 顾金凤, 陈远. 连续切换轮系下变尺寸物料的传输模型与路径规划[J]. 中国机械工程, 2023, 34(11): 1372-1385.
[10]	孙爱红, 宋豫川, 杨云帆, 雷琦. 考虑关键件加工质量的双资源约束车间调度算法[J]. 中国机械工程, 2022, 33(21): 2590-2600.
[11]	路浩, 陈洋, 吴怀宇, 程磊, . 受路网和测量约束的变电站巡检机器人路径规划[J]. 中国机械工程, 2021, 32(16): 1972-1982.
[12]	李燚, 唐倩, 刘联超, 彭小刚, 颜先洪. 基于改进蚁群算法的汽车混流装配调度模型求解[J]. 中国机械工程, 2021, 32(09): 1126-1133.
[13]	李西兴, 杨道明, 李鑫, 吴锐, . 基于混合遗传鲸鱼优化算法的柔性作业车间自动导引车融合调度方法[J]. 中国机械工程, 2021, 32(08): 938-950，986.
[14]	辜勇, 袁源乙, 张列, 段晶晶. 带时间窗的多中心半开放式车辆路径问题[J]. 中国机械工程, 2020, 31(14): 1733-1740.
[15]	李益兵1,2;黄炜星1;吴锐1. 基于改进人工蜂群算法的多目标绿色柔性作业车间调度研究[J]. 中国机械工程, 2020, 31(11): 1344-1350,1385.