面向大型装备产品生命周期的生产设备集成运行模式及支持技术研究

摘要

大型装备产品通常涉及钢铁、化工、船舶、航天、工程机械等重要制造行业，是我国制造业和国防装备发展的重要基础，也是支撑国家综合国力的重要基石之一。大型装备产品是一类大型、复杂的特殊产品，其特殊性主要体现在生产过程的复杂性，生产设备的特殊性，以及生产设备与产品生命周期各环节间存在的关联性等方面；这些特殊性使得大型装备产品的生产过程及其生产设备的优化运行困难，难以适应快速变化的市场环境，这一直是大型装备制造业所面临的重要问题之一。为此，本论文对面向大型装备产品生命周期的生产设备集成运行模式及其相关的支持技术等内容进行了研究，旨在为提高大型装备产品的生产设备以及生产过程的运行效率提供有效的支持。
　　 首先分别对大型装备产品及其生命周期主线的特点，以及生产过程及其生产设备的特点进行了分析；在此基础上，揭示了大型装备产品的生产设备与产品生命周期主线的关联特性，即从产品的孕育过程、产品设计、工艺设计、加工制造过程、部件装配过程、维护维修过程到再制造过程等产品生命周期的各个环节，都需要大型装备产品生产设备提供的相关信息的支持。
　　 基于上述大型装备产品生产设备与其生命周期主线各环节间所存在的关联特性，并针对大型装备产品生产过程所面临的问题，提出了一种面向大型装备产品生命周期的生产设备集成运行模式；从目标层、生产过程业务执行层、产品生命周期主线层以及支撑系统层等四个层次构建了该模式的总体框架，即在支撑系统层的技术支持下，以产品生命周期为主线，将生产设备及其相关信息与大型装备产品生命周期的各个环节集成起来，为生产过程业务执行层提供生产设备的相关信息，从而支持目标层各目标的实现；在此基础上，并分别对各层次的体系结构进行了研究。
　　 结合上述大型装备产品生命周期的生产设备集成运行模式，对该模式的支持技术进行了研究，即进一步对支撑系统层的构建技术及其信息采集技术进行了研究。首先分析了生产设备集成运行模式的信息交互主线，在此基础上，构建了支撑系统层的体系结构，主要由设备集成运行的关联系统和设备层信息交互平台等两大支持系统构成；然后，分别对支撑系统层中的这两大支持系统的构建技术进行了研究，即基于Web服务构建了设备集成运行的关联系统，以及基于信息采集终端构建了设备层信息交互平台；最后，针对大型装备产品生产过程中最重要的信息之一，即大型工件的加工进度状态信息进行了重点研究，提出了一种基于机床主传动系统功率信息的大型工件加工进度状态信息的自动采集方法。
　　 论文的研究结果及其相关的支持技术，在攀钢集团机械制造公司进行了初步实践应用，取得了良好的应用效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1论文的研究背景

1.1.1大型装备制造业在我国国民经济中的重要地位

1.1.2我国大型装备制造业的现状

1.1.3制造业环境的变化带来的大型装备产品生产过程所面临的挑战

1.2国内外相关领域的研究现状

1.2.1产品生产模式的变迁

1.2.2大型装备产品生产过程的研究现状分析

1.2.3生产设备集成的相关研究现状

1.2.4研究现状总结

1.3论文研究的目的意义及项目的来源

1.3.1论文研究的目的和意义

1.3.2论文的项目来源

1.4论文主要研究内容

2大型装备产品的生产设备与产品生命周期主线的关联特性

2.1大型装备产品及其生命周期主线的特点

2.1.1产品生命周期概述

2.1.2大型装备产品及其生命周期主线的特点

2.2大型装备产品生产过程及其生产设备的特点

2.2.1大型装备产品的生产过程的概述

2.2.2大型装备产品生产过程中的生产设备特点

2.3大型装备产品生产设备与产品生命周期主线的关联特性

2.4本章小结

3面向大型装备产品生命周期主线的生产设备集成运行模式

3.1面向大型装备产品生命周期主线的生产设备集成运行模式的提出

3.2面向大型装备产品生命周期主线的生产设备集成运行模式的总体框架

3.3面向大型装备产品生命周期主线的生产设备集成运行模式的体系结构

3.3.1目标层

3.3.2生产过程业务执行层

3.3.3产品生命周期主线层

3.3.4支撑系统层

3.4本章小结

4面向大型装备产品生命周期主线的生产设备集成运行模式的支持技术研究

4.1生产设备集成运行模式的支撑系统层体系结构的建立

4.1.1生产设备集成运行模式的信息交互主线

4.1.2生产设备集成运行模式支撑系统层的体系结构

4.2设备集成运行关联系统的构建

4.2.1设备集成运行关联系统的架构

4.2.2设备集成运行关联系统的服务描述

4.2.3设备集成运行关联系统的服务组合

4.3设备层信息交互平台的构建

4.3.1设备层信息交互平台的架构

4.3.2普通机床的信息采集技术

4.3.3数控机床的信息采集技术

4.3.4信息采集终端系统

4.4基于机床功率信息的大型工件加工进度状态的分析方法

4.4.1大型工件加工进度状态的分析方法提出的背景

4.4.2大型工件加工进度状态的分析方法的基本方案

4.4.3大型工件加工进度状态的分析方法的实现

4.4.4大型工件加工进度状态的分析方法的应用验证

4.5本章小结

5案例分析

5.1案例企业简介

5.2企业现有生产运行过程中存在的主要问题

5.3生产设备集成运行模式的实施应用

5.3.1总体实施思路

5.3.2生产设备集成运行模式信息交互平台的实现

5.3.3生产设备集成运行模式在Φ1000还原窑生产过程中的应用

5.4应用效果分析

5.5本章小结

6结论

致 谢

参考文献

附录：攻读博士期间发表的论文以及从事的科研工作