基于制造资源优化配置的网络化工艺分工规划技术研究

摘要

随着网络、信息技术的迅猛发展和广泛应用，以制造过程分布式、数字化、网络化为特征的网络化制造模式应运而生。面对网络化制造背景下分布式、动态化的制造资源，产品的工艺分工规划过程必然面临新的问题和挑战。在网络化制造环境中，制造资源的优化配置对提高质量、降低成本、增加效益至关重要，而产品的工艺分工规划，则是实现制造资源优化配置与合理利用的重要基础，因此研究基于制造资源优化配置的网络化工艺分工技术具有重要的理论价值与现实意义。 从网络化工艺分工规划技术的内涵及体系结构入手，引入制造资源建模和优化配置新方法，深入、系统地研究了面向制造企业动态联盟的网络化工艺分工规划技术的相关理论和实现技术，主要内容及创新点如下： 结合对网络化制造和工艺分工规划技术的研究现状及发展趋势的分析，指出了现有的技术问题。在此基础上，提出了基于制造资源优化配置的网络化工艺分工规划的逻辑表示和过程模型，明确了网络化工艺分工规划系统的体系结构及功能划分，阐明了系统的工作流程。 分析了网络化制造中制造资源动态化特点及其信息建模需求，首次提出物理制造单元和逻辑制造单元的概念，并应用面向对象的方法构建了相应的信息描述模型。其中，逻辑制造单元信息模型包含零件信息和制造能力两部分，是产品零件信息模型与物理制造单元信息模型的交集。以物理制造单元和逻辑制造单元的信息模型为基础，建立了产品加工要求与制造资源之间的映射关系。 根据网络化工艺分工规划所涉及的产品零部件、工艺及制造等信息的特点，提出了工艺分工知识的“产生式规则+框架”表示方法，并建立了以“分组分层”为基本管理模式的工艺分工知识库。首次提出逻辑加工路线的概念。借助“元语”对逻辑制造单元和零件信息进行描述，通过模糊逻辑和层次分析法确定匹配过程中各“元语”的权重，结合逻辑加工路线中各个逻辑制造单元的加工时间、成本、质量及特殊设备工装等要求，对其进行模糊综合评价。 提出通过制造资源的预配置进行可执行加工路线设计的基本思路，即通过逻辑加工路线与具体制造资源间的单元级映射过程，生成可行的工艺分工规划方案。在制造资源预配置的基础上，通过制造资源信息实时更新过程，实现逻辑加工路线与可执行加工路线之间的映射与转换。 针对所生成的产品的多个可执行加工路线信息，根据优化目标信息，结合制造资源库提供的相关物理制造单元子集信息，应用层次分析法和遗传算法进行物理制造单元子集的评估，以及可执行加工路线的优选，最终优化出满足给定约束条件的可执行加工路线。依托相关研究项目，采用.NET 技术框架，开发了基于制造资源优化配置的网络化工艺分工规划应用系统，并以复杂零件——冰箱壁板动模的网络化制造过程为例，对论文所提出的理论、方法进行了成功地应用和验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题的技术背景

1.1.1网络化制造模式

1.1.2工艺分工规划技术

1.1.3制造资源的信息建模及其优化配置

1.1.4网络化制造系统的集成技术

1.2相关领域国内外研究现状

1.2.1网络化制造的研究现状与发展趋势

1.2.2工艺分工规划技术的研究现状

1.2.3制造资源信息建模及其优化配置的研究现状

1.3制造资源优化配置与网络化工艺分工规划存在的问题

1.3.1制造资源优化配置存在的问题

1.3.2网络化工艺分工规划存在的问题

1.4课题来源及研究内容

1.4.1课题来源

1.4.2研究思路

1.4.3研究内容

1.4.4章节安排

第二章网络化工艺分工规划及其体系结构

2.1网络化工艺分工规划的概念

2.1.1工艺分工规划

2.1.2计算机辅助工艺规划

2.1.3网络化工艺分工规划

2.1.4网络化工艺分工规划的特征与影响

2.2网络化工艺分工规划的逻辑表示

2.2.1物理制造单元与逻辑制造单元

2.2.2逻辑加工路线与可执行加工路线的定义

2.2.3逻辑表示方法之间的关系

2.3网络化工艺分工规划的过程模型

2.3.1网络化工艺分工规划的基本内容

2.3.2网络化工艺分工规划的实现步骤

2.4网络化工艺分工规划的体系结构

2.4.1网络化工艺分工规划系统总体框架

2.4.2网络化工艺分工规划系统功能分析

2.4.3网络化工艺分工规划系统工作流程

2.5小结

第三章网络化制造资源的信息建模

3.1网络化制造资源信息建模的基本要求

3.2物理制造单元信息模型

3.2.1 PMU基本信息模型

3.2.2 PMU的组成信息模型

3.2.3 PMU的制造能力信息模型

3.2.4 PMU的状态信息模型

3.3逻辑制造单元信息模型

3.3.1 LMU信息模型的基本要求

3.3.2 LMU的构成信息

3.4制造单元信息模型的特点

3.4.1 PMU和LMU信息模型的特点

3.4.2 LMU及与工序的关系

3.4.3制造单元信息模型在网络化工艺分工规划的作用

3.5小结

第四章基于工艺知识的逻辑加工路线设计与优化

4.1逻辑加工路线设计的理论基础

4.1.1 LMU的设计

4.1.2零件信息模型

4.1.3零件信息模型与制造单元信息模型之间的联系

4.1.4零件的制造任务模型

4.2基于工艺知识的逻辑加工路线设计过程

4.2.1 LMP的设计流程

4.2.2基于工艺知识的LMP设计

4.3基于模糊综合评价的逻辑加工路线优化方法

4.3.1多目标多约束的模糊规划

4.3.2逻辑加工路线评判实例

4.4小结

第五章可执行加工路线设计与优化

5.1可执行加工路线的设计

5.1.1 EMP设计的基本思想

5.1.2 EMP的设计过程

5.2可执行加工路线评估与优选的方法

5.2.1 EMP评价指标体系与优化方法

5.2.2 EMP评估与优化的过程

5.2.3 EMP评估与优选的策略

5.2.4算法设计

5.3可执行加工路线评估与优化的算法

5.3.1 EMP评估与优化的过程

5.3.2 EMP评估优化的目标函数

5.4可执行加工路线评估与优化算法的实现

5.4.1遗传编码

5.4.2适应度函数的构造

5.4.3遗传算子及算法终止条件设计

5.4.4典型算例和结果分析

5.5小结

第六章网络化工艺分工规划系统的集成及应用

6.1网络化工艺分工规划系统的集成

6.1.1基于XML的应用系统集成框架与方法

6.1.2集成的外部环境

6.1.3系统的工作流程

6.2集成系统的应用场景

6.2.1应用场景及零件

6.2.2应用总述

6.3应用流程

6.3.1根据订单形成项目

6.3.2工艺分工规划系统的运行过程

6.3.3与其它系统的集成应用

6.4本章小结

第七章总结与展望

7.1全文总结

7.2创新之处

7.3研究展望

参考文献

附录

作者攻读博士学位期间的获奖情况

作者攻读博士学位期间的科研工作

作者攻读博士学位期间发表的论文

致谢