面向智能工厂离散型智能制造单元的研究

摘要

随着“大数据”、“物联网”、“云制造”、“工业4.0”和“中国制造2025”等一系列重大发展战略的提出，互联网与制造业紧密联系在一起。网络订单规模呈现出多品种、小批量的特点，为了满足顾客日益个性化的需求，传统的大型流水线生产模式正向智能工厂模式转变。智能工厂倡导清洁制造、绿色制造，如何高效合理地调度智能工厂中的智能机器人完成加工任务是目前国内外研究的前沿课题。
　　智能工厂通常由若干离散型智能制造单元组成，通过智能加工机器人、全自动加工岛、信息物理融合系统以及中央处理器等模块，实现了从原材料到成品的智能化制造。本文对于智能工厂离散型智能制造单元展开研究：首先，阐述了智能工厂制造模式和离散型智能制造单元的特征，分析了智能工厂与传统生产模式之间的联系及区别，结合传统流水线生产调度建模，对离散型智能制造单元机器人调度进行了分析，从最短生产周期和最短路径规划两个方面做出说明；其次，建立了智能工厂离散型智能制造单元调度模型，考虑了产品种类、产品数量、机器人加工规则等因素的约束，以完成加工任务的总能耗最小为优化目标；然后，将目标分解为机器人行走能量消耗和加工产品能量消耗两部分，设计了嵌套模拟退火算法(SA)、嵌套粒子群算法(PSO)和嵌套SA-PSO算法三种求解策略；最后，以德国KUKA公司智能芯片制造单元为例进行研究，根据产品种类和订单规模建立调度模型，分别采用上述三种算法进行求解，通过控制变量法讨论参数设置的影响，对比运行结果，使用SA-PSO算法得出了最佳调度策略，验证了模型和算法的有效性。
　　根据研究结果表明，本文提出的面向智能工厂离散型智能制造单元的建模方法和求解策略可以帮助智能制造企业根据订单规模合理分配制造资源，提高生产效率，同时，迎合了目前国际社会广泛倡导的低碳制造理念。

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1 绪 论

1.1 论文选题的背景和研究的意义

1.2国内外的研究现状

1.3研究的主要内容

1.4本章小结

2 离散型智能制造单元的建模理论

2.1 流水线制造单元建模方法

2.2 智能制造单元加工原理

2.3 离散型智能制造单元的建模方法

2.4 模型求解算法

2.5 本章小结

3 离散型智能制造单元分析与建模

3.1 问题分析

3.2 模型构建

3.3本章小结

4离散型智能制造单元的调度模型求解

4.1 SA算法

4.2 PSO算法

4.3. SA-PSO算法

4.4 本章小结

5 实例研究与分析

5.1 实例描述

5.2 粒子编码过程

5.3仿真结果及分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2研究的创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

附录1： 部分程序代码

附录2：作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目