复杂零件异地协同制造资源优化配置技术研究

摘要

在网络化、敏捷化全球制造新环境下，网络制造资源的优化配置是实现异地协同制造的关键基础技术，已经成为现代集成制造研究领域的热点问题之一。本文以航空复杂零件的异地协同制造和转包加工为背景，以工艺流程为核心，深入研究了制造任务对象和制造资源对象的信息建模问题，以及制造资源的优化配置问题，即两个对象集合之间韵映射关系及其约束优化问题，为实现制造资源的优化配置奠定了理论基础。论文的主要研究内容和成果如下： (1)系统地研究了异地协同制造新环境下的制造资源优化配置理论基础。基于逻辑制造单元(LMU)、物理制造单元(PMU)、逻辑加工路线(LMP)、可执行加工路线(EMP)，提出了敏捷加工路线(AMP)新概念；建立了以工艺流程为核心的制造资源优化配置概念模型和过程模型；从概念上将制造资源优化配置问题归结为LMU-PMU映射、PMU排序筛选及AMP的优化生成三个基本问题，并给出了相应问题的求解策略以及AMP的优化生成过程。 (2)研究了异地协同制造新环境下的制造任务信息建模问题。提出了制造任务的LMP表示和制造子任务的LMU表示方法，并给出了LMU和LMP的逻辑结构和信息模型，以及LMU建模和基于知识的LMP设计方法，建立了制造任务信息模型。 (3)针对分散的网络化制造资源，研究了基于物理制造单元的网络化制造资源建模问题和基于XML的制造资源信息集成方法。建立了包括物理制造单元层、工作中心层和物理设备层的制造资源组织模型，以及包括基本信息、制造能力、物理构成、状态信息、工装信息的物理制造单元信息模型；提出基于XML的异地制造资源信息集成框架，定义了制造资源信息的XML Schema描述规范。 (4)针对网络化制造资源配置问题，提出了一种两步制造资源预配置方法。在第一步面向制造任务的PMU集合初选方面，提出了一种基于两级知识匹配的LMU-PMU映射方法，并建立了映射流程、映射关系运算和映射规则；在第二步PMU集合筛选方面，建立了PMU定性评价指标体系，给出了基于AHP评价方法的排序和筛选计算过程。 (5)在PMU集合筛选基础上，进一步研究了敏捷加工路线优化生成，即的优化方法。针对时间、成本以及质量等定量指标，建立了EMP优选问题的数学模型；通过引入影响度因子和决策优属度，对基于GA的优化决策模型进行了改进；在此基础上，提出了一种基于多目标模糊优化决策改进模型的EMP优选算法。 (6)提出了资源优化配置平台Net-MORD的体系结构及业务流程，完成了该平台的功能设计与软件开发，实现了与“基于制造资源优化配置的制造过程管理系统”的集成；以发动机叶片和冰箱模具为实例，给出了制造资源优化配置的应用流程和运行结果，系统的验证了本文所提出的理论、方法和模型的有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1异地协同制造新环境对制造资源优化配置的需求

1.1.2发动机异地协同制造对制造资源优化配置的需求

1.2国内外研究现状分析

1.2.1国内外研究现状

1.2.2存在问题分析

1.3课题来源和研究内容

1.3.1课题来源

1.3.2主要研究内容

1.4章节安排

1.5本章小结

第二章制造资源优化配置的理论基础

2.1网络环境下制造资源配置特点分析及敏捷加工路线

2.1.1网络环境下制造资源配置特点分析

2.1.2敏捷加工路线基本概念

2.1.3敏捷加工路线特征分析

2.2制造资源优化配置的概念模型和过程模型

2.2.1制造资源优化配置的概念模型

2.2.2制造资源优化配置的过程模型

2.3制造资源优化配置问题的求解策略

2.3.1制造资源优化配置问题的内涵

2.3.2 LMU-PMU映射策略

2.3.3 LMU-PMU映射子集中PMU的排序和筛选策略

2.3.4敏捷加工路线的优化生成策略

2.4制造资源优化配置的实现过程

2.5本章小结

第三章协同制造任务信息模型及其建模方法研究

3.1协同制造任务定义及其信息模型

3.1.1协同制造任务基本概念

3.1.2基于LMU的协同制造任务信息模型

3.2逻辑制造单元及逻辑加工路线信息模型

3.2.1逻辑制造单元信息模型

3.2.2逻辑加工路线信息模型

3.2.3逻辑制造单元信息模型“元语”定义

3.3协同制造任务建模方法

3.3.1协同制造任务建模过程

3.3.2逻辑制造单元设计方法

3.3.3基于知识的逻辑加工路线设计方法

3.4本章小结

第四章制造资源建模及其信息集成技术研究

4.1制造资源特点分析及网络化制造资源模型需求分析

4.1.1制造资源特点分析

4.1.2资源配置对制造资源信息模型需求分析

4.2基于PMU的网络化制造资源建模

4.2.1基于PMU的网络化制造资源组织模型

4.2.2基于PMU的网络化制造资源信息模型

4.3基于XML的网络化制造资源信息集成

4.3.1基于XML的制造资源信息集成特点

4.3.2基于XML的制造资源信息集成框架

4.3.3制造资源信息的XML Schema规范定义

4.4本章小结

第五章面向协同制造任务的制造资源预配置方法研究

5.1制造资源预配置总体方案

5.1.1制造资源预配置的层次结构

5.1.2制造资源预配置总体方案

5.2基于产生式规则的LMU-PMU映射方法

5.2.1映射关系运算符及相关映射规则的定义

5.2.2 LMU-PMU映射的两级匹配过程

5.3 LMU-PMU映射结果的排序与筛选

5.3.1 PMU集合评价的指标体系

5.3.2 PMU集合排序和筛选方法

5.3.3 PMU集合排序与筛选实例

5.4本章小结

第六章敏捷加工路线的优化生成算法研究

6.1敏捷加工路线的多目标优化生成数学模型

6.1.1问题描述

6.1.2多目标优化数学模型

6.2基于GA的优化决策改进模型

6.2.1基于GA的多目标优化决策常规模型

6.2.2基于GA的多目标模糊优化决策基本模型

6.2.3基本模型的改进及有效性证明

6.3基于改进模型的敏捷加工路线优化生成算法

6.3.1遗传编码设计

6.3.2相对适应度函数的构造

6.3.3遗传操作的形式设计及其参数选取

6.4典型实例和结果分析

6.4.1典型实例

6.4.2结果分析

6.5本章小结

第七章NET-MROD平台实现及其应用

7.1 NET-MROD平台构建

7.1.1体系结构

7.1.2业务流程

7.1.3功能设计

7.2 NET-MROD平台实现及其应用

7.2.1平台实现方法

7.2.2应用验证

7.3本章小结

第八章总结与展望

8.1全文总结

8.2创新性成果

8.3研究展望

参考文献

作者博士期间发表的学术论文

作者博士期间参与的科研工作及所获奖励

致谢