面向离散车间的制造过程监控系统研究与设计

摘要

随着离散制造业生产模式逐渐向多品种小批量客户定制的生产方式转变，车间制造过程变得更加复杂多变，为了能在如此复杂的制造环境下保证计划任务顺利按时且保质保量的完成，必须对制造过程进行实时高效的监控。由于离散制造的产品工艺复杂，且制造过程涉及的相关元素很多，使得车间存在大量的制造过程信息和不确定性事件，因此迫切需求一种能够应对如制造过程信息采集不充分、监控力度不够和异常事件应对能力不足等缺点的监控系统，以满足离散车间的生产需求、适应车间信息化发展方向。
　　本文在分析离散车间制造过程监控现状以及对实际应用企业调研的基础上，从制造过程信息的获取、信息统计分析和异常事件应对能力这三个方面进行监控系统的功能需求分析，设计了B/S结构的监控系统体系架构和系统详细的总体业务流程。分析离散生产车间制造过程信息的特点，运用面向对象的方法对多源制造过程信息进行了分类建模，将常用信息采集方法和基于模板可定制的信息采集方法相结合，设计制造过程信息采集方案，并对采集上来的信息进行分析处理，将统计结果以简单易懂的方式展示出来。针对监控系统中异常事件反应能力的功能需求，研究了基于异常事件驱动的再调度方法，本系统采用基于滚动窗口的多目标遗传算法优化调度方式，对经常发生的异常事件研究总结相应的滚动窗口策略，并进行窗口内多目标遗传算法设计，算例验证异常事件驱动的再调度方法可行。
　　最后结合系统体系架构和系统关键技术的研究，对本系统依次进行了用例图分析、系统功能模块设计和DFD数据流图分析，然后采用JAVA编程语言，运用JSP/Servlet、SpringMVC等技术开发了监控系统的各个功能模块，并通过在企业中实施应用验证了系统的可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 MES的发展和研究现状

1．2．2 制造过程监控的研究现状

1．2．3 动态再调度的研究现状

1．3 课题来源及主要研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 主要内容及组织结构

2 离散车间的制造过程监控系统总体方案设计

2．1 制造过程监控系统需求分析

2．1．1 离散制造企业的特点分析

2．1．2 离散制造企业的现状分析

2．1．3 离散制造企业生产业务流程分析

2．1．4 制造过程监控系统的功能需求分析

2．2 监控系统总体方案设计

2．2．1 系统体系架构设计

2．2．2 系统总体业务流程设计

2．3 系统集成方案设计

2．3．1 系统集成方案

2．3．2 系统集成信息流

2．4 关键技术

2．4．1 制造过程的信息采集与处理

2．4．2 制造过程中基于异常事件驱动的再调度

2．5 本章小结

3 离散车间的制造过程信息采集与处理

3．1 离散车间的制造过程信息分析

3．1．1 离散车间的制造过程信息的特征

3．1．2 离散车间的制造过程信息流分析

3．2 离散车间的制造过程信息统一分类与建模

3．2．1 离散车间的制造过程信息统一分类

3．2．2 离散车间的制造过程信息统一建模

3．3 信息采集方法研究

3．3．1 常用的信息采集方法研究

3．3．2 基于模板可定制的信息采集方式

3．4 制造过程信息采集方案设计

3．4．1 物料、工装信息采集方法

3．4．2 设备信息采集方法

3．4．3 质量信息采集方法

3．4．4 制造执行信息采集方法

3．5 制造过程信息的分析处理

3．5．1 质量信息的分析处理

3．5．2 设备信息的分析处理

3．5．3 生产进度的统计分析

3．6 本章小结

4 基于异常事件驱动的动态再调度研究

4．1 离散车间制造过程中的异常事件分类

4．2 基于异常事件驱动的动态调度框架

4．3 动态再调度问题的描述

4．4 滚动窗口再调度策略

4．4．1 滚动窗口的规划

4．4．2 再调度流程

4．5 再调度窗口内部算法研究

4．5．1 再调度算法的编码和解码方式

4．5．2 再调度算法的选择操作

4．5．3 交叉和变异操作

4．5．4 多目标遗传算法的流程

4．6 算例分析

4．7 本章小结

5 制造过程监控系统的设计与实现

5．1 制造过程监控系统详细设计

5．1．1 系统用例图分析

5．1．2 系统功能模型设计

5．1．3 系统数据流图分析

5．2 系统开发与实现

5．2．1 系统网络结构

5．2．2 系统环境配置

5．3 系统运行实例

5．3．1 系统管理

5．3．2 开工条件检查管理

5．3．3 信息采集定制管理

5．3．4 执行与检验

5．3．5 制造资源状态管理

5．3．6 生产过程统计分析

5．3．7 异常事件管理

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 未来展望

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