基于资源优化的制造过程建模与仿真研究

论文摘要

21世纪世界各国制造业都面临个性化的客户需求和全球化的市场竞争环境。为了赢得市场和客户，现代制造业正在努力研究开发和应用实施先进制造技术和现代集成制造系统，实现企业跨越式发展。先进制造技术提出了多种制造模式，每种制造模式都十分强调制造过程模型。实际上制造过程模型是过程建模、过程分析、过程重组和过程管理的核心技术。 对制造过程模型的研究可以从多个方向来开展工作。目前已经提出了许多制造系统的企业建模集成体系结构，这些体系结构中都建立了由过程视图和其他多个关联视图所组成的多视图模型。在过程视图也有了事件驱动过程链或工作流方法等各种制造过程建模方法。通过集成一些过程仿真分析工具，还可以对制造过程模型进行优化和重组，使得制造过程的各项性能指标得到提高。最后开发软件系统以支持这些优化的制造过程模型，使用工作流管理系统来实例化运行。 本文围绕制造过程模型这一核心技术，在上述制造过程模型的多个研究方向上，进行了深入的研究，主要工作如下： (1)基于制造企业建模和业务过程工程，提出了集成制造过程建模体系结构IMPM。IMPM主要专注于制造过程视图模型，其他多个关联的视图模型只是作为辅助的支持。在IMPM中，通过增加对象重构性维，全面引入面向对象技术和面向重构技术。IMPM采用UML业务建模，对UML元模型进行了扩展，用元对象设施MOF定义新的业务建模元素，用对象约束语言OCL来限定扩展业务建模元素的语义。IMPM使用这些新的业务建模元素对各个视图进行业务建模，从而为制造过程建模研究打下坚实的理论基础。 (2)IMPM在过程视图模型中，提出了面向对象的事件驱动过程链oEPC。oEPC使用IMPM中扩展的形式化业务建模元素，松散地基于Petri网的并发执行语义，采用多种复杂的过程逻辑控制节点，实现对实际制造过程进行业务过程建模。由于oEPC基于形式化语言，因此oEPC过程模型可以被各种UML建模工具所理解，可以映射到其他建模工具或编程语言中。 (3)oEPC过程模型通常描述的是制造系统当前的业务流程，需要对这些制造过程模型进行分析和优化。通过建立面向对象的制造过程仿真工具，能够模拟oEPC制造过程模型的实例运行，生成制造过程仿真数据。通过分析仿真数据来改进过程方案，实现制造资源的优化配置。 (4)在优化分析的制造过程模型基础上，设计和实现了可重构制造管理系统RMES的子系统制造过程管理系统MPMS。MPMS基于Windows DNA的多层体系结构，采用基于组件开发模式和XML网络数据传输等关键技术，提高了制造数据的可重用性和多

论文目录

• 独创性声明
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 基于过程的制造模式
• 1.2.1 过程的整合CIM
• 1.2.2 过程的并行CE
• 1.2.3 过程的精简LP
• 1.2.4 过程的扩展SCM
• 1.2.5 过程的联盟AM
• 1.2.6 过程自动化WFM
• 1.3 业务过程重组
• 1.3.1 BPR的提出
• 1.3.2 BPR的内涵
• 1.3.3 BPR的特征
• 1.3.4 BPR实施框架
• 1.3.5 企业组织重构
• 1.4 企业建模的国内外研究现状
• 1.4.1 CIMOSA
• 1.4.2 ARIS
• 1.4.3 GRAI
• 1.4.4 PERA
• 1.4.5 GERAM
• 1.4.6 IDEF
• 1.4.7 DEM
• 1.4.8 WFMS
• 1.4.9 OOM
• 1.4.10 SLA
• 1.4.11 I2DEF方法
• 1.4.12 IEM
• 1.4.13 主要体系结构比较
• 1.5 课题研究背景
• 1.6 主要研究内容
• 1.7 本章小结
• 第二章 UML业务建模
• 2.1 引言
• 2.2 统一建模语言
• 2.2.1 UML基础
• 2.2.2 UML构造块
• 2.2.3 UML关系
• 2.2.4 UML图
• 2.2.5 UML公共机制
• 2.2.6 UML扩展机制
• 2.3 对象约束语言
• 2.3.1 OCL基础
• 2.3.2 OCL语言
• 2.3.3 OCL业务规则
• 2.4 元对象设施
• 2.4.1 MOF基础
• 2.4.2 MOF元模型
• 2.4.3 MOF四层结构
• 2.4.4 MOF特征
• 2.5 模型驱动构架
• 2.5.1 MDA基础
• 2.5.2 MDA模型分类
• 2.5.3 MDA构架
• 2.6 UML业务建模
• 2.6.1 业务建模
• 2.6.2 UML业务建模
• 2.7 本章小结
• 第三章 集成制造过程建模体系结构
• 3.1 引言
• 3.2 集成制造过程建模体系结构
• 3.3 IMPM生命周期维
• 3.4 IMPM多视图模型维
• 3.4.1 功能视图模型
• 3.4.2 组织视图模型
• 3.4.3 数据视图模型
• 3.4.4 输出视图模型
• 3.4.5 过程视图模型
• 3.4.6 多视图模型一致性
• 3.5 IMPM对象重构性维
• 3.5.1 面向对象技术
• 3.5.2 面向重构技术
• 3.6 IMPM体系结构特点
• 3.7 IMPM可重构制造系统软件实现
• 3.8 本章小结
• 第四章 IMPM业务建模元模型
• 4.1 引言
• 4.2 功能视图元模型
• 4.2.1 业务用例BusinessUsecase
• 4.2.2 扩展关系Extend
• 4.2.3 包含关系Include
• 4.2.4 业务子系统BusinessSubsystem
• 4.3 组织视图元模型
• 4.3.1 业务执行者BusinessActor
• 4.3.2 组织单元OrganizationUnit
• 4.3.3 资源Resource
• 4.4 数据视图元模型
• 4.4.1 业务实体BusinessEntity
• 4.4.2 主键PrimaryKey
• 4.4.3 服务包ServicePackage
• 4.4.4 业务组件BusinessComponent
• 4.5 输出视图元模型
• 4.5.1 引脚Pin
• 4.5.2 产品Product
• 4.6 过程视图元模型
• 4.6.1 活动Activity
• 4.6.2 企业活动EnterpirseActivity
• 4.6.3 令牌Token
• 4.6.4 活动节点Activity Node
• 4.6.5 活动边Activity Edge
• 4.6.6 对象节点Object Node
• 4.6.7 业务过程BusinessProcess
• 4.6.8 目标Goal
• 4.6.9 业务事件BusinessEvent
• 4.7 本章小结
• 第五章 oEPC业务过程建模方法
• 5.1 引言
• 5.2 业务过程建模方法
• 5.2.1 流程图
• 5.2.2 角色活动图
• 5.2.3 IDEF方法
• 5.2.4 Petri网
• 5.2.5 eEPC
• 5.2.6 业务过程建模方法的比较
• 5.3 oEPC业务过程建模方法
• 5.4 oEPC应用实例
• 5.4.1 86号车间制造系统
• 5.4.2 功能视图模型
• 5.4.3 组织视图模型
• 5.4.4 数据视图模型
• 5.4.5 输出视图模型
• 5.4.6 过程视图模型
• 5.5 本章小结
• 第六章 面向对象的制造过程仿真
• 6.1 引言
• 6.2 制造过程仿真算法
• 6.3 面向对象的制造过程仿真
• 6.4 面向对象的制造过程仿真工具
• 6.5 制造过程仿真的性能指标
• 6.6 制造过程仿真应用实例
• 6.6.1 86号车间制造系统
• 6.6.2 制造过程仿真环境设置
• 6.6.3 制造过程仿真工具实现
• 6.6.4 制造过程仿真结果分析
• 6.7 本章小结
• 第七章 制造过程管理系统的软件实现
• 7.1 引言
• 7.2 RMES总体设计
• 7.3 制造过程管理子系统
• 7.3.1 MPMS功能设计
• 7.3.2 MPMS应用效果
• 7.4 关键技术之一：基于组件开发模式
• 7.4.1 多层软件系统体系结构
• 7.4.2 RMES组件技术
• 7.4.3 RMES组件设计
• 7.5 关键技术之二：XML网络数据传输
• 7.5.1 XML基础
• 7.5.2 XML技术
• 7.5.3 XML应用
• 7.6 本章小结
• 第八章 结论及展望
• 8.1 课题结论
• 8.2 课题展望
• 创新点摘要
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文
• 作者简介