基于层次时间着色Petri网的飞机总装脉动生产线建模仿真及其应用

摘要

随着我国飞机制造行业的飞速发展，飞机制造正在向多品种、小批量模式转变。传统的机库式（停车场式）飞机装配模式已无法适应现代飞机制造的要求，基于精益思想的飞机总装脉动生产线已成为飞机装配新模式。飞机总装脉动生产线装配作业分工明确细致、生产效率高，生产线配备专业的物流供给线，但目前我国飞机总装脉动生产线装配过程仍以手工作业为主，自动化水平不高，装配作业人员利用率低，同时存在站位节拍不一致、物流资源冲突等问题。
　　本文以飞机总装脉动生产线为研究对象，研究了基于层次时间着色Petri网的飞机总装脉动生产线建模仿真技术。论文对国内外飞机总装脉动生产线的发展和研究现状进行了综述，阐述了飞机总装脉动生产线的含义和特点，重点分析了飞机总装脉动生产线的多层级模型，在此基础上提出层次时间着色Petri网(Hierachical Timed Color Petri Net，HTCPN)理论和多层级建模方法，并围绕基于HTCPN的飞机总装脉动生产线建模仿真分析中的研究要点深入探究，具体包括:
　　(1)通过充分考虑飞机总装脉动生产线系统的关键要素，包括产品、工艺和资源等，建立了飞机总装脉动生产线P-P-R(Product-Process-Resource)模型;针对飞机总装脉动生产线作业单元层级分析，建立了飞机总装脉动生产线多层级模型;
　　(2)提出层次时间着色Petri网理论，通过对飞机总装脉动生产线HTCPN模型表达方法的定义，设计了相关建模仿真规则;研究了基于CPN Tools建模工具的自项向下的层次化建模方法，阐述了采用CPN Tools进行状态空间分析和仿真性能分析的方法;
　　(3)通过对某型号飞机总装脉动生产线P-P-R模型分析，构建出该生产线多层级HTCPN模型，并以第三站位为例构建了产品-工艺-资源HTCPN模型;通过状态空间分析实现了模型有效性验证;通过仿真性能分析，实现了装配时间和资源利用率的分析与优化;
　　(4)针对飞机总装配车间物流资源冲突问题，通过对总装配车间两种型号飞机总装脉动生产线物流过程进行研究，提出了基于优先级的物流资源动态调度策略，构建了该调度策略的HTCPN模型;通过与常用调度策略对比得出该调度策略更能适应飞机总装配车间物流资源调度的需求;在模型仿真性能分析的基础上，给出了飞机总装配车间物流资源调度方案。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1．课题研究背景及意义

1．2．国内外相关研究与应用现状

1．2．1．复杂离散制造系统建模和仿真技术研究现状

1．2．2．飞机总装脉动生产线发展现状

1．2．3．飞机装配线建模仿真技术研究现状

1．2．4．存在的问题

1．3．课题来源及主要研究内容

1．3．1．课题来源

1．3．2．主要研究内容及组织架构

2．飞机总装脉动生产线特点及多层级模型

2．1．飞机总装脉动生产线特点

2．1．1．飞机总装脉动生产线含义

2．1．2．飞机总装脉动生产线特点

2．2．飞机总装脉动生产线系统P-P-R模型

2．2．1．P-P-R模型

2．2．2．总装配产品结构模型

2．2．3．总装配工艺模型

2．2．4．总装配资源模型

2．3．飞机总装脉动生产线多层级模型

2．4．本章小结

3．基于HTCPN的层次化建模仿真理论与方法研究

3．1．Petri网基本概念

3．1．1．Petri网的定义

3．1．2．Petri网的动态特性

3．2．HTCPN理论

3．2．1．CPN

3．2．2．TCPN

3．2．3．HTCPN

3．2．4．装配过程HTCPN模型构建方法

3．3．CPN Tools工具层次化建模仿真方法研究

3．3．1．CPN Tools工具

3．3．2．CPN Tools工具层次化建模仿真方法

3．4．本章小结

4．基于HTCPN的飞机总装脉动生产线建模仿真方法

4．1．基于HTCPN的飞机总装脉动生产线模型表达

4．1．1．飞机总装脉动生产线HTCPN模型表达

4．1．2．飞机总装脉动生产线HTCPN模型建模仿真规则

4．2．基于HTCPN的飞机总装脉动生产线建模仿真步骤

4．3．基于HTCPN的飞机总装脉动生产线模型分析方法

4．3．1．飞机总装脉动生产线模型状态空间分析

4．3．2．飞机总装脉动生产线建模仿真性能分析

4．4．本章小结

5．基于HTCPN的飞机总装脉动生产线建模仿真应用

5．1．飞机总装脉动生产线产品-工艺-资源HTCPN模型

5．1．1．P-P-R模型构建

5．1．2．产品-工艺-资源HTCPN模型构建

5．1．3．仿真结果分析

5．2．基于优先级的物流资源动态调度HTCPN模型

5．2．1．生产线物流资源分析

5．2．2．物流资源动态调度策略

5．2．3．基于优先级的物流资源动态调度HTCPN模型构建

5．2．4．仿真结果分析

5．3．本章小结

6．总结与展望

6．1．总结

6．2．不足与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况