网络化制造环境下以人为中心的制造执行系统关键技术研究

论文题目: 网络化制造环境下以人为中心的制造执行系统关键技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械制造及其自动化

作者: 王纯贤

导师: 王治森

关键词: 以人为中心的制造执行系统,多系统,控制结构,生产调度,遗传算法,无线通信

文献来源: 合肥工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 制造执行系统是面向制造过程的新型车间生产管理与控制信息系统,强调了以时间为关键的现代制造思想,填补了计划管理层与控制层之间的信息断层,是实现企业全面信息集成的关键,也是实施敏捷制造的重要基础。目前,对制造执行系统的研究和开发更多关注的是生产管理与控制的自动化和制造过程的自动化,阻碍了在生产过程复杂、人员密集、自动化程度低的离散制造业中的应用。针对这一问题,本文在分析和总结制造执行系统的功能、特点、发展历程、研究现状和制造系统发展趋势的基础上,结合“以人为中心的生产”的思想和国家自然科学基金资助项目“人机协同的车间数字化制造模式研究”的立项方案,提出了以人为中心的制造执行系统(HcMES)的概念,研究了关键技术,对适合我国国情的制造执行系统技术进行了有益的探讨。论文分析了网络化制造环境下,离散制造业车间生产管理与控制系统的需求和面临的挑战,阐述了HcMES的思想、内涵和功能,给出了定义,建立了功能模型。针对敏捷制造对生产控制结构的可重构、可重用和可伸缩要求,在详细分析和总结车间控制结构和制造资源组织形式的基础上,提出了面向订单的虚拟制造单元和由车间层、虚拟单元层、资源层组成的三层混合控制结构。论文探讨了基于多Agent的HcMES软件开发技术,给出了Agent的通用结构、HcMES的多Agent功能模型和混合控制结构的多Agent层次结构,描述了主要Agent的功能、交互行为和行为内容;针对设备单一Agent建模所带来的网络通信量过大、响应速度慢的问题,在功能分解的基础上,提出由设备任务Agent和设备监控Agent组成的设备双代理机制;为了缩小Agent的交互范围,提高响应速度,提出基于可用资源集的虚拟单元组织结构;在综合分析Agent之间各种通信方式优缺点的基础上,对HcMES的不同层次设计了不同的通信策略;根据HcMES中多Agent的应用要求和KQML语言与XML技术的特点,给出了由KQML保留述行语和车间制造扩展述行语组成的外部语言、基于XML的车间制造标记语言的内部语言和基于XML文档类型/模式的本体组成的通信消息格式和通信模型。探讨了HcMES中Agent的组织管理机制和软件体系结构,给出了层次化软件结构模型。论文对HcMES生产调度问题进行了形式化描述,在分析人机协同调度的思想和方式、JIT生产方式下人工调度的一般过程、HcMES调度问题的多目标优化特征的基础上,给出了基于虚拟单元的任务级、基于设备任务Agent招投标的设备级和基于遗传算法的车间级的三级人机协同优化调度结构;提出了以柔性工艺

论文目录:

摘要

ABSTRACT

插图清单

表格清单

第一章绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 先进制造模式概述

1．2．1 敏捷制造

1．2．2 基于多Agent的分布式智能制造

1．2．3 网络化制造

1．3 制造执行系统概述

1．3．1 MES产生、发展的原因和过程

1．3．2 MES的定义、定位和功能

1．3．3 MES与计划层和控制层之间的关系

1．4 国内外研究现状综述

1．4．1 MES的模型、框架和软件体系结构

1．4．2 MES中的生产规划与调度

1．4．3 总结评述

1．5 论文的主要研究内容

1．6 论文的选题和内容安排

1．6．1 论文的选题

1．6．2 论文的内容安排

第二章以人为中心的制造执行系统体系结构和关键技术

2．1 以人为中心的生产概述

2．2 网络化制造环境下以人为中心的制造执行系统

2．2．1 HcMES的概念和内涵

2．2．2 HcMES的功能模型

2．3 HcMES的控制结构

2．3．1 生产控制结构的演化

2．3．2 HcMES的混合控制结构

2．4 支持HoMES构建的Agent技术

2．4．1 Agent技术与对象技术的分析比较

2．4．2 Agent技术对HcMES SOR控制结构的支持

2．4．3 Agent技术对HcMES人机接口设计的支持

2．4．4 Agent技术在HoMES中应用需要解决的主要问题

2．5 本章小结

第三章 HcMES的MAS建模、组织、通信及软件体系结构

3．1 HcMES中的Agent建模

3．2 HcMES功能模型的MAS框架

3．3 SOR混合控制结构的MAS实现

3．3．1 SOR混合控制结构的MAS建模

3．3．2 SOR结构中基于柔性工艺路线的OVMC形成、运行和组织结构

3．4 HcMES中Agent的通信

3．4．1 HcMES中Agent的通信方式

3．4．2 HcMES中Agent的通信语言

3．4．3 HcMES中Agent的通信模型

3．5 HcMES的Agent组织、管理和软件体系结构

3．5．1 HcMES的Agent组织与管理

3．5．2 HcMES的多Agent软件体系结构

3．6 本章小结

第四章 HcMES中基于MAS、遗传算法和人机协同的调度

4．1 HcMES的调度问题和调度策略

4．1．1 概述

4．1．2 HcMES调度问题描述

4．1．3 HcMES的调度策略

4．2 HcMES的人机协同调度机制

4．3 HcMES中基于OVMC和MAS的调度

4．3．1 合同网协议

4．3．2 基于合同网协议的调度机制

4．3．3 反向招标、正向投标的调度过程

4．3．4 正向招标、反向投标的调度过程

4．3．5 扰动发生时的人机协同再调度

4．4 基于遗传算法的工件投放优化策略

4．4．1 遗传算法概述

4．4．2 遗传算法的实现

4．4．3 计算示例

4．5 本章小结

第五章支持HcMES的生产现场网络信息化技术

5．1 概述

5．2 无线局域网技术与生产现场的网络信息化

5．2．1 无线局域网的技术特点

5．2．2 无线局域网的技术标准和网络拓扑结构

5．2．3 基于无线局域网技术的生产现场网络信息化

5．3 以人为中心的虚拟自动化设备

5．3．1 以人为中心的虚拟自动化设备结构模型

5．3．2 HcVA的MAS建模及其与HcMES的信息交互

5．4 操作员人机接口Agent设计

5．4．1 功能与需求分析

5．4．2 推、拉技术相结合的信息传递方式

5．4．3 任务导向的用户帮助技术

5．5 本章小结

第六章基于MAS的HoMES系统原型

6．1 分布式对象技术与Windows DNA结构

6．1．1 分布式对象技术

6．1．2 Windows DNA分布式体系结构

6．2 基于DNA的HcMES原型系统设计

6．2．1 原型系统

6．2．2 基于MAS的HcMES DNA结构

6．3 HcMES中Agent的设计与实现

6．3．1 基类Agent的设计

6．3．2 主要Agent的设计与实现

6．4 原型系统运行实例

6．5 本章小结

第七章总结和展望

7．1．1 全文总结

7．1．2 研究展望

参考文献

附录缩略语和术语注释

作者在攻读博士学位期间发表的学术论文

作者在攻读博士学位期间参加的科研项目和获得的科研奖励

致谢

发布时间: 2006-01-13

参考文献

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[5].覆盖件模具网络化制造系统的研究[D]. 孙家坤.山东大学2006
[6].网络化制造平台的集群模式和运行方法研究[D]. 雷琦.重庆大学2006
[7].面向网络化制造的智能监控技术研究[D]. 熊瑞平.四川大学2006
[8].网络化制造中面向流程重用的业务流程组合研究[D]. 汪军.重庆大学2006
[9].网络化制造环境下ERP系统的过程集成与重构技术研究[D]. 唐维俊.东南大学2005
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