面向蓝宝石长晶炉的制造执行系统研究与实现

摘要

互联网技术的飞速发展极大推动了传统制造企业的信息化进程，如何借助互联网技术实现制造企业的快速响应、实时监控，对降低企业运行成本提高生产效率具有重要的意义。因此，国内外制造企业正积极探索制造执行系统在生产中的深入应用，大力推进覆盖全制造周期的智能制造系统。本文研究开发了面向蓝宝石长晶炉的制造执行系统，实现了企业对生产运行状态的监测及控制。
　　首先，本文系统设计了面向蓝宝石长晶炉的制造执行系统的架构及核心功能。以企业核心需求为主，分析了系统监测目标、数据传输、存储及管理问题，并对各系统架构的功能模块进行了设计。
　　其次，本文研究了蓝宝石长晶炉中的多任务调度问题。从企业管理者的角度出发，分析了影响企业效益的核心因素，提炼出平均长晶时间及平均长晶成本问题并构建了多任务调度模型。结合实际情况简化了多任务调度模型，在比较各优化算法之后先采用基本遗传算法进行单目标优化，运用带精英策略的非支配排序遗传算法进行多目标优化，并给出相应求解方法。
　　再次，本文开发了蓝宝石长晶炉制造执行系统。在设备层方面，采用三菱Q系列PLC采集设备层数据，同时对PLC与服务器之间的通讯协议进行分析，实现了PLC对设备数据的采集与监控。在服务器层方面，研究了关系型数据库的设计方法并开发了Windows环境下的SQL数据库及服务器驻留程序。在终端层方面，基于MVC架构开发了现场控制软件及远程监控终端。
　　最后，针对蓝宝石长晶任务中的具体案例，本文采用基本遗传算法进行单目标求解，运用带精英策略的非支配排序遗传算法进行多目标求解，并对比分析求解结果。同时对制造执行系统的云服务器性能进行承载力测试，实验结果表明该系统能够实时监控多设备运行信息，并具有良好的承载能力，验证了面向蓝宝石长晶炉的制造执行系统在多任务长时间工作状态下的稳定性与可靠性。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．1．1 论文研究背景

1．1．2 论文研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 晶体生长过程管理研究现状

1．2．2 制造执行系统研究现状

1．2．3 多目标优化算法研究现状

1．3 论文研究内容及架构

1．3．1 论文主要研究内容

1．3．2 论文章节架构

1．4 本章小结

第2章 蓝宝石长晶炉制造执行系统架构设计

2．1 蓝宝石长晶炉制造执行系统需求分析

2．1．1 监测目标及参数选择

2．1．2 数据传输方式分析

2．1．3 数据存储需求分析

2．1．4 监测系统管理功能分析

2．1．5 终端控制方式分析

2．2 蓝宝石长晶炉制造执行系统总体架构

2．3 蓝宝石长晶炉制造执行系统总体方案设计

2．3．1 硬件系统设计

2．3．2 云服务方案设计

2．3．3 终端监控方案设计

2．4 本章小结

第3章 基于资源匹配的制造执行任务调度方法研究

3．1 制造执行系统生产调度问题分析

3．2 制造执行系统生产调度问题简化

3．2．1 关键假设

3．2．2 简化模型

3．3 基于遗传算法的生产调度问题研究

3．3．1 多任务调度模型

3．3．2 单目标优化模型求解方法

3．3．3 多目标优化模型求解方法

3．4 本章小结

第4章 蓝宝石长晶炉制造执行系统实现

4．1 制造执行系统硬件平台开发

4．1．1 数据格式定义

4．1．2 PLC通讯模块

4．2 云端服务器开发

4．2．1 通信协议选择

4．2．2 云端数据库开发

4．2．3 基于IOCP模型的服务器开发

4．3 控制系统开发

4．3．1 现场控制软件开发

4．3．2 远程监控终端开发

4．4 本章小结

第5章 实验研究

5．1 基于遗传算法的制造执行任务调度实验研究

5．1．1 长晶炉实验研究

5．1．2 单目标优化分析

5．1．3 多目标优化分析

5．1．4 实验结果对比分析

5．2 控制系统功能运行试验

5．2．1 服务器运行试验研究

5．2．2 服务器承载力测试

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献