通用的可重构Holonic生产计划与控制系统（GR-HPPCS）研究

论文摘要

为了提高企业的竞争能力,力争在新的世纪拥有竞争优势,敏捷制造作为一种新的管理模式正越来越受到制造企业的重视。为此,本文面向敏捷制造环境以离散制造业的生产计划与控制系统为研究对象,在对国内外文献的研究和工程项目实践的基础上,提出了通用的可重构Holonic生产计划与控制系统,并着重对系统框架结构、信息组织、生产计划、生产控制的若干关键技术问题进行了研究。1.通过分析敏捷制造环境下虚拟企业层、企业层、车间层、单元层等不同层次生产计划决策过程的本质特征,本文提出了通用的可重构Holonic生产计划与控制系统（GR-HPPCS）的框架结构,创建了不仅具有独立性、协作性,而且具有自相似性、柔性的新型生产计划与控制Holarchy,并就此框架结构下Holon的基本功能以及系统运作模式进行了研究。2.采用基于UML-XML集成的方法对生产计划信息组织的问题进行了研究,即一方面面向用户建立了基于UML图形表示方法的统一信息模型,并辅以面向对象的框架法（frame）对实体作一般性说明;另一方面面向实现提出了采用XML技术对底层数据进行描述,以便实时地进行信息传递,消除传递过程中的信息扭曲现象。3.针对GR-HPPCS框架下基于协商机制的生产计划分布式决策过程,分别研究了订单优先权、订单/任务分解、订单/任务分配等决策问题,并且针对决策过程中可能出现的冲突提出了基于改进合同网协议的分级协商模型与协商策略,以解决系统运作过程中需要有效解决的问题。4.提出了订单驱动的生产信息共享和跟踪机制。通过建立一种新的透明信息通道,用户可以在自己的权限内方便、快速地查询和获取自己想要的相关信息,对订单执行进度、执行过程进行实时监控,以保证订单的完成。同时,设计了订单执行进度的计算方法对进度进行判断评价。5.针对生产过程中订单以及制造资源可能出现的变化,设计了两种动态再调度算法,算法的目标是最小化原始调度集的变更,仅仅对原始调度的部分变化作出了改变,以提高调度的效率,保证调度的质量。6.对GR-HPPCS的实现进行了研究。基于分布式对象技术,研究了基于CORBA和Web的系统集成框架,结合理论研究,对原型系统进行了开发,为今后进一步的研究提供了一个基础。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.1.1 动态多变市场下的制造策略——敏捷制造
• 1.1.2 敏捷制造环境下生产计划与控制系统的新需求
• 1.1.3 课题的研究意义
• 1.2 研究状况
• 1.2.1 现行企业生产计划与控制系统概述
• 1.2.2 敏捷制造
• 1.2.3 敏捷制造环境下的生产计划与控制系统
• 1.3 本文的研究思路及研究方法
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 研究方法
• 1.4 本文的研究背景及内容
• 第二章 HOLONIC 生产计划与控制系统结构研究
• 2.1 HOLONIC 控制策略
• 2.1.1 传统的制造系统控制结构
• 2.1.2 HOLON/HMS 概念
• 2.1.3 HOLONIC 控制结构
• 2.1.4 HOLONIC 制造的相关研究
• 2.2 基于分形思想的生产计划与控制系统建模方法论
• 2.2.1 生产计划体系与HOLON 体系
• 2.2.2 基于分形理论的建模方法
• 2.3 系统总体框架结构
• 2.3.1 动态虚拟簇
• 2.3.2 GR-HPPCS 总体框架结构
• 2.3.3 GR-HPPCS 框架结构的特点
• 2.4 基于市场机制的GR-HPPCS 运作模式
• 2.4.1 虚拟市场
• 2.4.2 GR-HPPCS 的运作
• 2.5 小结
• 第三章 基于统一信息模型的生产计划信息组织方法研究
• 3.1 面向全局的统一信息模型
• 3.1.1 建模的目的
• 3.1.2 模型集成框架
• 3.1.3 模型应用原理及相应算法
• 3.1.4 基于UML-XML 集成的建模方法
• 3.2 统一产品信息模型（UNIFIED PRODUCTION INFORMATION MODEL）
• 3.2.1 产品信息建模发展
• 3.2.2 UPIM 的构建
• 3.2.3 UPIM 到GR-HPPCS 的映射
• 3.3 统一资源信息模型（UNIFIED RESOURCE INFORMATION MODEL）
• 3.3.1 资源的结构分析
• 3.3.2 URIM 的构建
• 3.3.3 URIM 到GR-HPPCS 的映射
• 3.4 统一订单信息模型（UNIFIED ORDER INFORMATION MODEL）
• 3.4.1 UOIM 的构建
• 3.4.2 UOIM 到GR-HPPCS 的映射
• 3.5 基于XML 的信息集成
• 3.5.1 基于XML 的信息集成方法
• 3.5.2 信息模型底层数据结构的XML 描述
• 3.6 小结
• 第四章 生产计划的分布式决策过程及实现研究
• 4.1 GR-HPPCS 中生产计划的分布式决策过程
• 4.1.1 订单优先权确定
• 4.1.2 任务分解
• 4.1.3 协商
• 4.1.4 任务分配
• 4.2 订单优先权的决策方法研究
• 4.2.1 订单优先权多目标决策的问题描述
• 4.2.2 订单优先权多目标决策的算法研究
• 4.2.3 应用实例
• 4.3 订单/任务分解算法研究
• 4.3.1 工作分解结构WBS（WORK BREAKDOWN STRUCTURE）
• 4.3.2 提前期估计
• 4.3.3 确定子任务初始目标
• 4.4 基于市场机制的协商策略
• 4.4.1 判别资源的虚拟市场
• 4.4.2 基于改进合同网协议的分级协商模型
• 4.4.3 协商策略
• 4.5 任务分配决策研究
• 4.5.1 任务分配问题的模型描述
• 4.5.2 基于遗传算法的任务分配
• 4.5.3 算例分析
• 4.6 小结
• 第五章 面向订单和资源的生产控制研究
• 5.1 GR-HPPCS 中的生产控制
• 5.1.1 生产控制问题
• 5.1.2 面向订单与资源的生产控制模式
• 5.2 订单驱动的生产信息共享与跟踪机制
• 5.2.1 订单驱动的多级监控网络
• 5.2.2 基于信息通道的信息共享和跟踪机制
• 5.2.3 订单执行进度计算方法
• 5.3 面向订单与资源的动态调度
• 5.3.1 动态调度问题的研究
• 5.3.2 基于订单变化的动态再调度
• 5.3.3 基于资源变化的动态再调度
• 5.4 本章小结
• 第六章 GR-HPPCS 原型系统的实现研究
• 6.1 基于CORBA 和WEB 的系统体系结构
• 6.1.1 分布式对象技术CORBA
• 6.1.2 系统的体系结构
• 6.2 系统的应用实现
• 6.2.1 系统集成框架
• 6.2.2 定义IDL 接口
• 6.2.3 SERVER 端和CLIENT 端的程序实现
• 6.3 原型系统开发
• 6.3.1 系统的运行环境
• 6.3.2 原型系统的主要功能及运行示例
• 6.3.3 系统应用
• 6.4 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录1