基于Petri网的可重组制造系统建模、调度及控制方法研究

论文摘要

可重组制造系统作为可以适应多品种、变批量、多功能、快速交货和短的产品市场寿命生产模式的新型制造系统，受到了理论界和工程界的广泛关注和深入研究。由于可重组制造系统具有模块化、可集成、可定制、可变结构以及可诊断的新特点，发展与之相适应的关键使能技术成为一项重要的研究课题。建模、调度和控制作为支撑制造系统提高管理水平、优化水平以及自动化水平的关键理论与方法，其研究和应用的成果已经成为制造系统总体应用水平的一个重要标志。本文基于系统动态重构和模块化的特点，利用Petri网这一形式化和图形化分析工具，提出和设计了可重组制造系统的建模、调度和控制方法，并进行了大量的数值仿真和比较研究。本文的研究成果推进和丰富了可重组制造系统关键技术的研究，并对解决与之相关的制造系统问题具有一定的指导作用。 本文的研究问题及所取得的主要成果归纳如下： (1)提出可重组制造系统的理论框架及其关键使能技术。分析了多品种、变批量的生产方式对制造系统的要求，对适应这一发展趋势的可重组制造系统定义、特性和组成进行了描述，提出可重组制造系统的结构和设计原则，给出了可重组制造系统的理论框架，指出和详细分析实现可重组制造系统关键使能技术，并阐述如何运用这些技术实现可重组制造系统。从技术角度提出实现可重组制造系统的一个切实可行的完整体系。 (2)提出基于扩展随机Petri网的可重组制造系统建模方法。为适应可重组制造系统变结构的特点，采用自底向上建模方法，将可重组制造系统不同类型的加工资源对应于相应的扩展随机Petri网基本模块，采用过渡变迁合成扩展随机Petri网模型。该模型通过反映可重组制造基本特征的模块，可方便、有效地描述可重组制造系统的组元升级和组态调整。模型能适应任意分布的制造系统，可精确的反映生产过程。 (3)提出基于行为表达式的可重组制造系统性能分析方法。为克服目前常用的基于Petri网可达图的性能分析方法存在状态空间爆炸的问题，将行为表达式的性能分析方法引入可重组制造系统的扩展随机Petri网模型，给出了可重组制造系统性能分析方法，该方法可不必画出系统可达图就可进行系统性能分析

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 制造系统发展现状
• 1.2.1 生产模式的变迁
• 1.2.2 先进制造系统
• 1.2.3 可重组制造系统与其他制造系统的比较
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 可重组制造系统的国内外研究现状
• 1.3.2 制造系统建模技术及性能分析方法的国内外研究现状
• 1.3.3 制造系统调度方法的国内外研究现状
• 1.3.4 制造系统控制器设计方法的国内外研究现状
• 1.4 研究内容及意义
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究意义
• 1.5 内容组织
• 1.6 本文依托的项目
• 第2章 可重组制造系统理论框架及其关键技术
• 2.1 定义及特点
• 2.1.1 制造系统的可重组性
• 2.1.2 可重组制造系统的定义
• 2.1.3 可重组制造系统的特点
• 2.2 理论框架
• 2.3 关键技术
• 2.3.1 系统建模技术
• 2.3.2 车间作业调度技术
• 2.3.3 模块化控制器设计技术
• 2.3.4 布局规划与优化技术
• 2.3.5 可重组机床设计技术
• 2.3.6 可拼接物流技术
• 2.3.7 构件集成和整合技术
• 2.3.8 系统快速诊断技术
• 2.4 本章小结
• 第3章 可重组制造系统建模及性能分析方法
• 3.1 Petri网在制造系统中的应用
• 3.1.1 基本Petri网在制造系统中的应用
• 3.1.2 随机Petri网在制造系统中的应用
• 3.2 基于ESPN的可重组制造系统建模与性能分析方法
• 3.2.1 ESPN的定义
• 3.2.2 基于ESPN的可重组制造系统建模方法
• 3.2.3 基于行为表达式的可重组制造系统分析方法
• 3.3 性能分析方法的比较研究
• 3.3.1 问题描述
• 3.3.2 基于ESPN和行为表达式的可重组制造系统建模及性能分析
• 3.3.3 基于GSPN的可重组制造系统建模及性能分析
• 3.3.4 实例计算结果比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于Petri网与GA的可重组制造系统调度方法
• 4.1 GA理论与实现技术
• 4.1.1 GA的基本流程
• 4.1.2 GA参数与操作的设计
• 4.2 基于Petri网与GA的可重组制造系统调度方法
• 4.2.1 调度模型设计
• 4.2.2 调度算法特点
• 4.2.3 调度算法参数定义
• 4.2.4 调度算法算子设计
• 4.3 基于DTPN-GA的车间任务调度
• 4.3.1 问题描述及性质
• 4.3.2 调度实例模型的建立
• 4.3.3 计算结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 可重组制造系统的逻辑控制器设计方法
• 5.1 可重组制造系统对逻辑控制器的设计要求
• 5.2 逻辑控制器及其相关技术
• 5.2.1 逻辑控制器
• 5.2.2 逻辑控制器的Petri网描述
• 5.3 支持混流生产的可重组模块化逻辑控制器设计方法
• 5.3.1 变量及其作用
• 5.3.2 加工设备逻辑控制器
• 5.3.3 产品决策逻辑控制器
• 5.3.4 可重组模块化逻辑控制器的形式化分析
• 5.3.5 可重组模块化逻辑控制器的重构机制
• 5.4 支持混流生产的可重组模块化逻辑控制器实现
• 5.4.1 混流可重组生产线描述
• 5.4.2 可重组模块化逻辑控制器构建与实现
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 进一步的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果