可重构制造系统若干使能技术的研究

论文摘要

随着全球经济竞争的日趋激烈，企业的生存环境在剧烈的和不可预测的变化着。为适应这种变化，制造企业必须提高其制造系统的适应能力，以变应变。可重构制造系统正是在这一背景下提出的，它能够以较低的成本提高企业对外界环境变化的响应能力，满足顾客对产品个性化的需求。 制造系统的重构可以在设备层和系统层两个层次上进行，其使能技术问题也涉及到两个层次。对于系统层重构，本文研究了制造系统重构过程中设备选择、设备布局、制造系统仿真、系统控制结构四个方面的问题；对于设备层重构，本文研究了设备故障诊断、数控系统的重构两个方面的内容。 根据生产任务选择制造资源是制造系统进行重构的前提，文中建立了根据生产任务选择加工设备的指标体系，将模糊数学理论引入设备选择模型的建立中，通过模糊层次分析法确定了各指标的权重系数，采用模糊积分对备选设备进行综合评估。制造系统设备布局的优劣对重组后的制造系统性能有着重要的影响，考虑到设备布局问题属于NP完全问题，在设备布局问题求解的过程中引入了启发式算法，针对单一启发式算法存在的不足，将遗传算法和禁忌搜索结合起来，使这两种算法相互取长补短，应用于布局问题的求解过程中。为研究系统重组方案的优劣，将计算机仿真技术运用于制造系统的设计中，以QUEST_DELMIA为开发平台建立制造系统仿真模型。针对可重构制造系统的特点，将合弄控制结构引入到可重构制造系统中，在合弄控制结构中，将合弄划分为基本合弄和辅助合弄两类，通过基本合弄对辅助合弄的建议，在不同的情况下采用不同的对待方式，使合弄控制结构综合了递阶控制和分布式控制的优点。为了提高辅助合弄的效率，采用Petri网描述生产调度问题，以Petri网的系列变迁作为调度问题解的表达方式，将模拟退火算法引入调度算法中，并在模拟退火算法中增加了记忆功能，提高了模拟退火算法的效率。由于可重构制造系统需要根据生产任务的变化经常对制造系统重组，从而导致生产设备的移动、增加、减少或更换功能模块，相对于其他制造系统更容易引起设备产生故障。因此，本文讨论了设备故障诊断的方法，分析了模糊聚类、粗糙集理论、灰色系统理论应用于设备故障诊断过程中存

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 可重构制造系统的定义与特征
• 1.3 可重构制造系统的研究内容
• 1.3.1 可重构制造系统的设备层研究内容
• 1.3.2 可重构制造系统的系统层研究内容
• 1.4 国内外的研究现状
• 1.5 本论文的研究内容
• 第二章 制造系统重组过程中设备选择模型
• 2.1 设备选择指标体系的建立
• 2.2 评判指标的权重系数确定
• 2.3 备选设备的各项指标值确定
• 2.4 备选设备的综合评价
• 2.5 应用实例分析
• 2.5.1 问题描述
• 2.5.2 指标值确定
• 2.5.3 综合评估
• 2.6 本章小结
• 第三章 制造系统设备布局的研究
• 3.1 设备布局的类型
• 3.2 布局问题的求解算法
• 3.2.1 常用的启发式算法概述
• 3.2.2 混合算法
• 3.3 设备布局设计应用实例
• 3.3.1 问题的描述
• 3.3.2 算法的设计
• 3.3.3 运算结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 制造系统三维可视化仿真模型
• 4.1 引言
• 4.2 制造系统仿真模型的特性
• 4.3 制造系统仿真模型的设计方法
• 4.3.1 制造系统建模的任务
• 4.3.2 制造系统建模工具
• 4.4 应用实例
• 4.5 本章小结
• 第五章 可重构制造系统合弄控制结构
• 5.1 引言
• 5.2 制造系统控制结构的演变
• 5.2.1 集中式控制结构
• 5.2.2 递阶控制结构和非严格递阶控制结构
• 5.2.3 分布式控制结构
• 5.3 合弄控制结构
• 5.3.1 合弄控制结构参考模型
• 5.3.2 合弄控制结构中调度合弄的调度算法
• 5.3.3 合弄控制结构中基本合弄间的协商机制
• 5.4 本章小结
• 第六章 设备故障诊断方法研究
• 6.1 前言
• 6.2 设备故障诊断建模方法
• 6.3 应用实例
• 6.5 本章小结
• 第七章 基于USB总线的可重构数控系统
• 7.1 可重构数控系统的硬件设计
• 7.1.1 基于USB总线的可重构数控系统的硬件体系结构
• 7.1.2 USB简介
• 7.1.3 USB设备的开发方案
• 7.2 可重构数控系统的软件设计
• 7.3 基于USB总线的雕刻机数控系统
• 7.3.1 雕刻机数控系统的硬件构成
• 7.3.2 雕刻机数控系统的软件实现
• 7.4 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文目录