快速响应制造系统产品开发过程可靠性评估与优化方法

论文摘要

快速响应制造系统是基于“快速响应”原理,面向快速多变的市场需求而提出的。提高产品开发过程可靠性对于缩短产品研制周期,保障系统的快速响应能力具有重要的意义,本文针对快速响应制造系统的产品开发过程开展了可靠性分析建模与优化方法研究。首先,在柔性制造系统等先进制造系统可靠性研究的基础上,提出了快速响应制造系统可靠性的定义以及系统可靠度的计算方法;在此基础上针对产品开发过程,通过对任务过程的分析提出了系统可靠性建模的思路和方法;针对负指数分布在可靠性建模中的局限性,基于PH分布开展了产品开发过程可靠性建模研究,考虑研制时间服从任意分布的情形分别建立了串行、并行以及重叠关系的产品开发过程可靠性模型。其次,考虑设计迭代的影响,开展了产品开发过程可靠性评估与优化方法研究。在可靠性评估方面,通过对考虑设计迭代的任务过程进行分析,提出了任务阶段的划分方法;在此基础上,分别针对研制时间服从负指数分布和任意分布的情形,以及设计迭代参数随迭代次数变化的情形进行研究,基于多阶段Markov过程建立了快速响应制造系统产品开发过程可靠性模型。在可靠性优化方面,针对产品开发过程规模增大时,优化模型求解中出现的NP-hard问题,提出了将Markov过程与基本蚁群算法相结合,基于混合蚂蚁群算法对可靠性优化问题进行建模求解,实例研究说明了该方法能够解决大规模产品开发过程的可靠性优化问题,为产品开发过程优化提供了有效的手段和方法。第三,针对快速响应制造系统同时承担多个研制任务的情形,从系统可靠性评估与收益综合优化这两个方面开展研究工作。针对产品开发过程多任务可靠性评估问题,考虑设计迭代和多任务下资源冲突的影响,采用排队网络对产品开发过程进行描述,考虑研制部门有单个小组和多个小组的情形分别建立了可靠性评估模型。针对收益综合优化问题,在系统多任务可靠性建模分析的基础上,以系统接受的最大任务数量为优化变量,以系统收益最大为目标建立了优化模型,并基于半开排队网络模型对优化参数进行建模求解。实例研究与敏感性分析说明了可靠性模型和优化方法为评估多任务下产品开发过程可靠性,分析系统薄弱环节,进而改进系统,提高系统收益提供了理论方法和优化策略。第四,针对重叠关系的产品开发过程开展了可靠性评估方法研究。考虑设计迭代和研制任务完成时间服从随机分布的情况下,提出了设计迭代参数的表示方法;通过任务过程分析,提出了任务阶段的划分方法,采用Markov过程方法建立了产品开发过程可靠性评估模型。最后,基于仿真方法开展了快速响应制造系统可靠性评估方法研究,结合可靠性解析建模的理论研究成果进行了系统可靠性分析软件的设计与开发工作,并针对实际需求开展了应用研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 快速响应制造系统的研究
• 1.2.2 快速响应制造系统可靠性的相关研究
• 1.2.3 产品开发过程可靠性的研究
• 1.2.4 产品开发过程可靠性优化的研究
• 1.2.5 目前研究存在的问题
• 1.3 论文的主要工作与创新点
• 1.3.1 论文的主要内容和结构安排
• 1.3.2 论文的主要创新点
• 第二章 快速响应制造系统产品开发过程可靠性分析与建模方法研究
• 2.1 快速响应制造系统产品开发过程可靠性及影响因素分析
• 2.1.1 快速响应制造系统可靠性的定义
• 2.1.2 产品开发过程可靠性及其影响因素分析
• 2.2 典型产品开发过程可靠性建模方法研究
• 2.2.1 产品开发过程的任务分析与结构功能分解
• 2.2.2 产品开发过程的任务相互关系分析
• 2.2.3 典型产品开发过程可靠性分析
• 2.3 Phase-type（PH）分布及其在产品开发过程可靠性建模中的应用
• 2.3.1 PH分布的基本概念
• 2.3.2 PH分布的特性
• 2.3.3 Kronecker运算
• 2.3.4 基于PH分布的产品开发过程可靠性分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 考虑迭代的产品开发过程可靠性评估与优化方法
• 3.1 考虑设计迭代的产品开发过程可靠性评估模型
• 3.1.1 研究现状分析
• 3.1.2 基于设计结构矩阵的产品开发过程迭代表示
• 3.1.3 考虑设计迭代的产品开发过程可靠性建模方法
• 3.1.4 基于任意时间分布的产品开发过程可靠性建模方法
• 3.1.5 考虑迭代相关的产品开发过程可靠性建模方法
• 3.1.6 实例研究与敏感性分析
• 3.2 基于混合蚁群算法的产品开发过程可靠性优化方法
• 3.2.1 产品开发过程可靠性优化模型
• 3.2.2 基于混合蚁群算法的产品开发过程优化建模思想
• 3.2.3 基于混合蚁群算法的优化求解方法
• 3.2.4 实例研究
• 3.3 本章小结
• 第四章 多任务下的产品开发过程可靠性评估与收益综合优化方法
• 4.1 基于排队网络模型的产品开发过程多任务可靠性综合评估方法
• 4.1.1 系统建模假设
• 4.1.2 针对单一任务分阶段构建有限状态吸收Markov链
• 4.1.3 多任务情况下产品开发过程可靠性分析
• 4.1.4 系统可靠性模型与相关参数计算
• 4.1.5 实例研究
• 4.2 考虑设计迭代的产品开发过程收益综合优化方法
• 4.2.1 系统假设与优化模型
• 4.2.2 基于半开排队网络的优化参数建模方法
• 4.2.3 实例研究与敏感性分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 考虑迭代和重叠的产品开发过程可靠性评估方法
• 5.1 基于设计结构矩阵的快速响应制造系统并行产品开发过程
• 5.1.1 研究现状分析
• 5.1.2 考虑设计迭代的并行产品开发过程分析
• 5.1.3 并行产品开发过程中设计迭代参数表示方法
• 5.1.4 并行产品开发过程的DSM表示
• 5.2 并行产品开发过程可靠性建模方法研究
• 5.2.1 模型假设与基本定义
• 5.2.2 过程分析与任务阶段划分
• 5.2.3 状态空间的确定
• 5.2.4 各状态停留时间的确定
• 5.2.5 状态转移概率矩阵的确定
• 5.2.6 可靠性参数计算
• 5.3 实例研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 快速响应制造系统产品开发过程可靠性分析软件与应用研究
• 6.1 基于仿真的产品开发过程可靠性分析方法研究
• 6.1.1 基于仿真的产品开发过程可靠度参数计算方法
• 6.1.2 基于仿真的产品开发过程任务分析
• 6.1.3 产品开发过程一体化仿真策略
• 6.2 系统可靠性分析软件的开发与应用研究
• 6.2.1 系统可靠性分析软件的设计与开发
• 6.2.2 应用研究
• 6.3 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果