复杂零件异地协同制造资源优化配置技术研究

论文摘要

在网络化、敏捷化全球制造新环境下，网络制造资源的优化配置是实现异地协同制造的关键基础技术，已经成为现代集成制造研究领域的热点问题之一。本文以航空复杂零件的异地协同制造和转包加工为背景，以工艺流程为核心，深入研究了制造任务对象和制造资源对象的信息建模问题，以及制造资源的优化配置问题，即两个对象集合之间的映射关系及其约束优化问题，为实现制造资源的优化配置奠定了理论基础。论文的主要研究内容和成果如下：（1）系统地研究了异地协同制造新环境下的制造资源优化配置理论基础。基于逻辑制造单元（LMU）、物理制造单元（PMU）、逻辑加工路线（LMP）、可执行加工路线（EMP），提出了敏捷加工路线（AMP）新概念；建立了以工艺流程为核心的制造资源优化配置概念模型和过程模型；从概念上将制造资源优化配置问题归结为LMU-PMU映射、PMU排序筛选及AMP的优化生成三个基本问题，并给出了相应问题的求解策略以及AMP的优化生成过程。（2）研究了异地协同制造新环境下的制造任务信息建模问题。提出了制造任务的LMP表示和制造子任务的LMU表示方法，并给出了LMU和LMP的逻辑结构和信息模型，以及LMU建模和基于知识的LMP设计方法，建立了制造任务信息模型。（3）针对分散的网络化制造资源，研究了基于物理制造单元的网络化制造资源建模问题和基于XML的制造资源信息集成方法。建立了包括物理制造单元层、工作中心层和物理设备层的制造资源组织模型，以及包括基本信息、制造能力、物理构成、状态信息、工装信息的物理制造单元信息模型；提出基于XML的异地制造资源信息集成框架，定义了制造资源信息的XML Schema描述规范。（4）针对网络化制造资源配置问题，提出了一种两步制造资源预配置方法。在第一步面向制造任务的PMU集合初选方面，提出了一种基于两级知识匹配的LMU-PMU映射方法，并建立了映射流程、映射关系运算和映射规则；在第二步PMU集合筛选方面，建立了PMU定性评价指标体系，给出了基于AHP评价方法的排序和筛选计算过程。（5）在PMU集合筛选基础上，进一步研究了敏捷加工路线优化生成，即EMP的优化方法。针对时间、成本以及质量等定量指标，建立了EMP优选问题的数学模型；通过引入影响度因子和决策优属度，对基于GA的优化决策模型进行了改进；在此基础上，提出了一种基于多目标模糊优化决策改进模型的EMP优选算法。（6）提出了资源优化配置平台Net-MORD的体系结构及业务流程，完成了该平台的功能设计与软件开发，实现了与“基于制造资源优化配置的制造过程管理系统”的集成；以发动机叶片和冰箱模具为实例，给出了制造资源优化配置的应用流程和运行结果，系统的验证了本文所提出的理论、方法和模型的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 异地协同制造新环境对制造资源优化配置的需求
• 1.1.2 发动机异地协同制造对制造资源优化配置的需求
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 存在问题分析
• 1.3 课题来源和研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 章节安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 制造资源优化配置的理论基础
• 2.1 网络环境下制造资源配置特点分析及敏捷加工路线
• 2.1.1 网络环境下制造资源配置特点分析
• 2.1.2 敏捷加工路线基本概念
• 2.1.3 敏捷加工路线特征分析
• 2.2 制造资源优化配置的概念模型和过程模型
• 2.2.1 制造资源优化配置的概念模型
• 2.2.2 制造资源优化配置的过程模型
• 2.3 制造资源优化配置问题的求解策略
• 2.3.1 制造资源优化配置问题的内涵
• 2.3.2 LMU-PMU映射策略
• 2.3.3 LMU-PMU映射子集中PMU的排序和筛选策略
• 2.3.4 敏捷加工路线的优化生成策略
• 2.4 制造资源优化配置的实现过程
• 2.5 本章小结
• 第三章 协同制造任务信息模型及其建模方法研究
• 3.1 协同制造任务定义及其信息模型
• 3.1.1 协同制造任务基本概念
• 3.1.2 基于LMU的协同制造任务信息模型
• 3.2 逻辑制造单元及逻辑加工路线信息模型
• 3.2.1 逻辑制造单元信息模型
• 3.2.2 逻辑加工路线信息模型
• 3.2.3 逻辑制造单元信息模型“元语”定义
• 3.3 协同制造任务建模方法
• 3.3.1 协同制造任务建模过程
• 3.3.2 逻辑制造单元设计方法
• 3.3.3 基于知识的逻辑加工路线设计方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 制造资源建模及其信息集成技术研究
• 4.1 制造资源特点分析及网络化制造资源模型需求分析
• 4.1.1 制造资源特点分析
• 4.1.2 资源配置对制造资源信息模型需求分析
• 4.2 基于PMU的网络化制造资源建模
• 4.2.1 基于PMU的网络化制造资源组织模型
• 4.2.2 基于PMU的网络化制造资源信息模型
• 4.3 基于XML的网络化制造资源信息集成
• 4.3.1 基于XML的制造资源信息集成特点
• 4.3.2 基于XML的制造资源信息集成框架
• 4.3.3 制造资源信息的XML Schema规范定义
• 4.4 本章小结
• 第五章 面向协同制造任务的制造资源预配置方法研究
• 5.1 制造资源预配置总体方案
• 5.1.1 制造资源预配置的层次结构
• 5.1.2 制造资源预配置总体方案
• 5.2 基于产生式规则的LMU-PMU映射方法
• 5.2.1 映射关系运算符及相关映射规则的定义
• 5.2.2 LMU-PMU映射的两级匹配过程
• 5.3 LMU-PMU映射结果的排序与筛选
• 5.3.1 PMU集合评价的指标体系
• 5.3.2 PMU集合排序和筛选方法
• 5.3.3 PMU集合排序与筛选实例
• 5.4 本章小结
• 第六章 敏捷加工路线的优化生成算法研究
• 6.1 敏捷加工路线的多目标优化生成数学模型
• 6.1.1 问题描述
• 6.1.2 多目标优化数学模型
• 6.2 基于GA的优化决策改进模型
• 6.2.1 基于GA的多目标优化决策常规模型
• 6.2.2 基于GA的多目标模糊优化决策基本模型
• 6.2.3 基本模型的改进及有效性证明
• 6.3 基于改进模型的敏捷加工路线优化生成算法
• 6.3.1 遗传编码设计
• 6.3.2 相对适应度函数的构造
• 6.3.3 遗传操作的形式设计及其参数选取
• 6.4 典型实例和结果分析
• 6.4.1 典型实例
• 6.4.2 结果分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 NET-MROD平台实现及其应用
• 7.1 Net-MROD平台构建
• 7.1.1 体系结构
• 7.1.2 业务流程
• 7.1.3 功能设计
• 7.2 Net-MROD平台实现及其应用
• 7.2.1 平台实现方法
• 7.2.2 应用验证
• 7.3 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 创新性成果
• 8.3 研究展望
• 参考文献
• 作者博士期间发表的学术论文
• 作者博士期间参与的科研工作及所获奖励
• 致谢