敏捷制造中的若干使能技术及其应用的研究

论文题目: 敏捷制造中的若干使能技术及其应用的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 控制理论与控制工程

作者: 李蓓智

导师: 邵世煌

关键词: 敏捷制造,使能技术,生物免疫,主动寻位,智能调度,过程监控,工艺优化

文献来源: 东华大学

发表年度: 2005

论文摘要: 经济全球化和全球信息化正在使制造业的竞争环境、发展模式、活动空间和运行效率等发生全面而深刻的变化。制造业的竞争、分化与重组潮流,使越来越多的企业家与工程技术人员面临严峻的新形势和新挑战。如何在复杂而不可预测的市场需求面前,实现产品的快速开发和制造?如何在动态变化的制造环境中,最经济最有效地利用好现有的制造资源?如何使制造系统在高速、高精度和集成化的制造过程中实现高效、安全和稳定的运行?本文正是在这一背景下,以信息经济下的敏捷制造为楔机,对敏捷制造若干使能技术进行理论探索与应用研究。信息经济下的敏捷制造是一个复杂的系统工程,作者通过分析现代制造理念、特点和美国的敏捷制造战略计划,尤其是深入剖析了我国现代制造业的竞争特点和支持企业敏捷制造的核心竞争力,提出了敏捷制造方法论的架构和敏捷制造使能技术。敏捷制造方法论构架由使能技术层、专业技术层和实施应用层三个层次组成,使能技术层是方法论的基础和核心。作者面对TQCSE的生产经营目标,指出了实现敏捷制造拟采取的具有突出作用的三项使能技术,即:支持产品快速研发的工件柔性安装技术、支持生产有效运作的智能生产调度技术、支持产品敏捷可靠加工的过程监控与工艺优化技术。在支持产品快速研发方面,作者提出和实现了基于主动寻位与状态记忆的工件柔性安装方法与技术,以缩短工艺技术准备周期,加快新产品的上市时间;创造新的工艺技术及其工艺装备,为产品设计人员提供更广阔的设计思路;最大限度地利用和重组已有资源,减少专用设备与工装的投入与浪费。其中,提出和实现的基于规则寻位箱及其元件实际姿态的主动寻位方法,从根本上避免了夹具制造误差对工件加工精度的影响,一般可使加工精度提高2级或以上;提出和实现的寻位箱系统几何转换信息建模及其信息处理方法,有效地解决了工件在多次工序转换中的误差补偿问题,为主动寻位安装技术提供了精确可靠的加工信息基础;提出和实现的具有良好综合性能的填料配方及其工艺方法,可以显著地改善薄壁等小刚性工件的工况条件和加工质量。以自主知识产权技术为核心研制的柔性安装系统已投入实际应用,并解决了传统夹具难以解决的导弹翼片、人工下颚骨、自动投梭滑座等薄壁、缺乏安装基准的多工序复杂零件的精密制造问题。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

第1章引言

1.1 现代制造业面临的挑战

1.1.1 信息经济下制造业的变革

1.1.2 信息经济下制造技术的变革

1.1.3 信息经济对制造业的挑战

1.2 敏捷制造的提出、内涵与表征

1.2.1 敏捷制造的提出

1.2.2 敏捷制造的内涵

1.2.3 敏捷制造的特点

1.3 论文的研究目标、主要内容与拟解决的关键问题

1.3.1 研究目标

1.3.2 主要研究内容

1.3.3 拟解决的关键问题

1.4 论文的章节安排与结构

1.5 本章小结

第2章敏捷制造理论及其使能技术的研究

2.1 现代制造理念与特点综述

2.1.1 制造技术的发展

2.1.2 现代制造模式的提出背景与概念

2.1.3 现代制造战略的演变

2.2 美国的敏捷制造战略计划(TEAM)

2.2.1 问题的提出

2.2.2 TEAM计划的主要内容及策略

2.2.3 TEAM的基本模型

2.3 敏捷制造方法论及使能技术

2.3.1 现代制造业的竞争特点

2.3.2 敏捷制造的核心竞争力

2.3.3 敏捷制造方法论的构架

2.3.4 敏捷制造使能技术

2.4 本章小结

第3章主动寻位与状态记忆的工件柔性安装方法与技术研究

3.1 技术瓶颈、研究现状与研究目标

3.1.1 复杂零件个性化定制生产的技术瓶颈

3.1.2 研究现状综述

3.1.3 本章研究目标及内容

3.2 主动寻位与状态记忆工件安装方法的研究

3.2.1 RFPR夹具的技术瓶颈剖析

3.2.2 主动寻位工件安装机理的提出

3.2.3 基于标准板块及组合阵列的寻位箱技术

3.2.4 基准转换计算模型及其精度补偿方法

3.2.4.1 基准转换模型

3.2.4.2 几何变换模型

3.2.4.3 精度补偿方法

3.2.5 支持状态记忆的新型填料及其工艺方法的研究

3.2.5.1 对状态记忆填料的基本要求

3.2.5.2 填料的基础应用实验研究

3.2.5.3 支持状态记忆的填料配方及其工艺方法

3.3 IL&SM柔性安装系统设计与实现

3.3.1 IL&SM柔性安装系统的基本组成

3.3.2 IL&SM工件安装工艺流程的提出

3.3.3 IL&SM工件安装系统关键技术的实现

3.3.3.1 寻位箱生成技术

3.3.3.2 寻位检测技术

3.3.3.3 填料成型技术

3.4 本章小结

第4章基于知识和生物免疫机理的智能调度方法与系统研究

4.1 制造资源利用瓶颈、研究现状与研究目标

4.1.1 制造资源利用瓶颈

4.1.2 相关研究及其现状

4.1.3 本章研究目标及内容

4.2 敏捷制造系统作业调度的问题描述

4.2.1 现有调度研究存在的问题

4.2.2 敏捷制造系统的基本特点

4.2.3 敏捷制造系统生产调度环境的基本描述

4.3 支持敏捷制造的作业调度系统建模

4.3.1 基于 IDEFO的作业调度系统功能模型

4.3.2 基于 IDEF1X的作业调度系统信息模型

4.3.2 基于 Multi Agent的作业调度过程模型

4.4 多目标多约束多扰动下的智能调度策略研究

4.4.1 基于订单及其工艺优先度的生产计划优化策略

4.4.2 基于辅助工艺相似特征的作业调度策略

4.4.3 基于系统综合性能指标的扰动事件处理策略

4.4.3.1 扰动事件及其主要特征

4.4.3.2 面对扰动事件的重调度策略与方法

4.4.3.3 重调度方案的评价方法及其主要指标

4.5 基于知识和生物免疫机理的智能调度方法研究与实现

4.5.1 智能调度系统总体设计

4.5.1.1 系统的基本组成

4.5.1.2 系统的数据流设计

4.5.1.3 系统的软硬件设计

4.5.2 智能调度算法构造

4.5.2.1 生物免疫系统的基本概念

4.5.2.2 生物免疫机理及其系统特征

4.5.2.3 基于知识和生物免疫机理的智能调度算法

4.5.3 智能调度算法基本构件的设计

4.5.3.1 抗体设计

4.5.3.2 抗体激增操作设计

4.5.3.3 免疫算法关键参数的优化设计

4.5.3.4 多目标综合评价方法及算法设计

4.6 本章小结

第5章面向动态生产环境的过程监控与工艺优化技术研究

5.1 过程监控研究的现状与意义

5.1.1 现代制造系统对过程监控的要求

5.1.2 状态监测与故障诊断研究现状

5.1.3 本章研究目标及内容

5.2 面向动态制造环境的质量监控与加工优化方法

5.2.1 工序质量控制(SPC)法

5.2.2 SPC法对动态制造环境的不适应性

5.2.3 面向动态制造环境的质量效率综合监控法

5.3 基于强化学习的质量监控与加工参数优化模型

5.3.1 问题的提出

5.3.2 基于领域知识的强化学习方法

5.3.3 过程监控与加工参数优化系统

5.3.4 支持过程监控及加工参数优化的加工系统数据模型

5.4 面向加工系统优化的多传感器融合技术

5.4.1 多传感器监测的加工系统辨识

5.4.2 多传感器特征提取

5.4.3 基于 ANN的多传感器信息融合

5.5 基于免疫机理的状态监测方法

5.5.1 反面选择算法

5.5.2 修改后的反向选择算法-NSAD

5.5.3 基于 NSAD的状态监控

5.6 本章小结

第6章敏捷制造核心使能技术的工程测试与应用

6.1 主动寻位与状态记忆工件安装系统及其应用测试与结果分析

6.1.1 IL&SM安装系统关键技术的实现与测试

6.1.2 基于IL&SM技术的薄壁翼片加工精度控制

6.1.3 基于IL&SM技术的人造下颚骨加工质量控制

6.2 基于知识和生物免疫机理的智能调度系统的案例测试与结果分析

6.2.1 生物智能调度算法的关键参数应用测试

6.2.2 多目标综合优化调度问题的应用测试

6.2.3 多约束环境下的综合优化应用测试

6.2.3.1 毛坯到达时间的约束

6.2.3.2 批量法则的约束

6.2.3.3 工序辅助时间受作业顺序约束

6.2.4 生产扰动情况下的综合优化应用测试

6.2.5 与其它调度方法的对比测试

6.3 动态生产环境下的过程监控与工艺优化系统的案例测试与结果分析

6.3.1 刀具状态监测与分析

6.3.2 切削用量优化与分析

6.3.3 加工质量分析与预测

6.4 本章小结

第7章论文工作小结与展望

7.1 论文工作小结

7.2 研究工作展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间的主要科研任务、研究成果及论文发表情况

发布时间: 2006-05-19

参考文献

[1].虚拟企业过程集成中几个关键问题的研究[D]. 潘铁军.浙江大学2001
[2].复杂机械产品性能驱动设计方法及其典型应用研究[D]. 邢德强.天津大学2010

敏捷制造中的若干使能技术及其应用的研究

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