面向敏捷制造的制造资源组织方法与控制机制研究

摘要

随着市场竞争的激烈化和制造环境的全球化，以快速响应市场需求为核心的敏捷制造得到了充分的重视。要实现敏捷制造需要众多先进技术的支持，如信息技术、先进生产管理技术、敏捷设计技术、自动控制技术等，其中先进生产管理技术处于基础的、核心的地位。论文首先介绍敏捷制造和相关技术的研究现状，包括敏捷制造的起源、敏捷制造对制造系统的影响和敏捷制造关键技术的研究等。然后针对敏捷制造中存在的主要问题，从制造资源的角度出发在先进生产管理理论和技术方面对制造资源建模、组织和控制等进行了深入的研究。并针对所研究的理论建立了基于实际车间的仿真平台，结合仿真平台的实验数据和评价指标体系验证了所提出的制造资源组织模式的敏捷性。 本文的主要工作体现在以下五个方面： 1、在制造资源建模方面，提出了基于元资源的制造资源建模方法。总结了制造资源的需求分析，针对目前制造资源的研究现状建立了制造资源一般模型，并针对制造资源功能相似性问题，引入了元资源的概念。结合实例，详细介绍了元资源的制造资源建模方法和优化算法，分析了当制造资源增加、减少和变更时元资源的变化，分析结果证明元资源的建模方法有利于准确表述制造资源的多能性，有效区分了不同制造资源的功能相似单元，提高了制造系统的敏捷性和柔性。 2、在制造资源组织模式方面，总结了制造资源快速组织中的两个问题及研究现状：制造资源的选择策略及算法、敏捷制造单元构造算法。提出基于元资源技术的制造资源快速组织方法，采用细胞自动机求解制造资源选择问题，并利用元资源的特征将选择的制造资源组织成虚拟生产单元，解决了制造资源的功能重合问题和关键功能共享问题，实现了对于生产任务的快速响应和制造资源的共享，大大提高了制造系统的可重构性。 3、在制造资源的控制机制方面，建立了基于Agent技术的混合式控制架构，包含车间协调Agent、任务Agent、虚拟单元Agent和制造资源Agent，此控制架构兼有递阶和分布的特点。并在此架构上，引入自治与协调机制，在改进合同网基础上解决了制造资源的任务分配和冲突消解问题。 4、针对制造资源快速组织的实际应用问题，引入软构件技术，建立生产控制系统快速重构平台。并以某工厂车间为实例，采用计算机仿真的方法模拟了生产车间的加工设备和加工过程，对所提出的理论进行了应用。 5、对生产控制系统快速重构平台采集的实验数据进行分析，选择时间、成本、鲁棒性和系统适应性范围作为评价指标，采用Delphi法对制造系统的敏捷性进行分析评价。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景和研究意义

1.1.1制造系统的发展历程及敏捷制造

1.1.2敏捷制造对于制造系统的需求分析

1.1.3研究内容的提出

1.1.4研究意义

1.2研究现状综述

1.2.1制造资源建模方法

1.2.2制造资源组织方法

1.2.3制造资源控制方法

1.2.4研究现状综述

1.3论文的主要工作和论文结构

1.3.1论文主要研究工作

1.3.2论文结构

第二章基于元资源的制造资源建模方法与优化分析

2.1制造资源简介

2.2制造资源建模

2.2.1制造资源-般模型

2.2.2制造资源建模需求分析

2.3元资源概念

2.3.1元资源的研究背景分析

2.3.2基于元资源的制造资源建模

2.4元资源的相关问题

2.4.1基于元资源的推论

2.4.2元资源的建模特点

2.5元资源应用与分析

2.5.1车间建模实例

2.5.2基于元资源的制造系统物理设备增、减和变更情况

2.6本章小结

第三章基于元资源的制造资源组织方法研究

3.1制造资源组织问题

3.1.1制造资源的选择策略及算法研究

3.1.2敏捷制造单元重构算法

3.2基于遗传细胞自动机的制造资源选择

3.2.1制造资源选择问题建模

3.2.2基于GCA的制造资源选择问题求解

3.3基于元资源的敏捷制造单元重构

3.4面向工艺路径的启发式规则

3.5实例研究与分析

3.6基于元资源的制造资源组织模式分析

3.6.1应对外界扰动

3.6.2组织模式特点

3.7本章小结

第四章 基于自治与协调机制的制造资源控制方法

4.1基于Agent的混合式控制架构

4.1.1 Agent技术及其应用

4.1.2基于Agent的混合式控制架构

4.1.3 Agent建模

4.2自治与协调机制综述与分析

4.2.1自治与协调机制在制造系统中的发展历程

4.2.3自治与协调机制

4.2.3自治与协调机制研究综述

4.3基于合同网协议的自治与协调机制

4.3.1合同网协议

4.3.2基于改进合同网协议的自治与协调机制

4.4 Agent间通信机制研究

4.4.1 Agent间通信行为

4.4.2基于事务处理的Agent通信机制

4.5本章小结

第五章基于软构件的生产控制系统快速重构平台

5.1 软构件技术

5.2基于软构件技术的生产控制系统快速重构平台

5.2.1系统整体设计思路

5.2.2系统设计流程

5.2.3构件设计

5.2.4系统结构和功能

5.2.5系统数据库结构

5.3仿真平台设计与应用

5.3.1实验系统

5.4本章小结

第六章 系统敏捷性的实验、分析与评价

6.1分析准则

6.2敏捷性分析

6.3实验方案和目的

6.4实验过程

6.3实验分析与敏捷性评价

6.3.1分析方法

6.3.2响应速度指标分析与评价

6.3.3设备利用率指标分析与评价

6.3.4生产率指标分析与评价

6.3.5故障处理能力指标分析与评价

6.3.6柔性指标分析与评价

6.3.7确定各指标权重

6.3.8评价指标的无量纲处理

6.3.9确定敏捷性综合评价值

6.4本章小结

第七章总结与展望

7.1论文总结

7.2创新点

7.3后期工作

7.4展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文