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《四川大学》 2002年
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基于敏捷制造模式的虚拟车间协同作业原理与应用实践

郭文胜  
【摘要】: 敏捷制造模式是面向21世纪全球市场竞争的一种企业发展战略。目前,在敏捷制造模式理论研究与工程应用方面的研究,大都侧重于企业级层面,而车间层的敏捷性问题尚未给予充分的考虑。对敏捷制造模式下车间层的研究,实际上正是实现敏捷制造思想的一个关键问题,是一个需要在理论上进行探讨的问题。研究虚拟车间的体系结构、控制原理、协同作业方式及其实施技术是一项具有重要理论意义和应用价值的课题。 本文以实现成都飞机公司标准件制造车间的敏捷性和协同作业需要为实际背景,研究了虚拟车间管理与控制的体系结构、基于多智能体技术的虚拟车间生产作业规划与管理系统的实施方法、网络编程技术及虚拟车间中调度和知识管理问题。设计开发了相应的应用软件系统SCU-Worbhop IMS。论文在理论和实践中的主要成果如下: (1)本文分析了虚拟车间在动态联盟下的地位、对信息协作的需求后给出虚拟车间的可嵌套联邦控制结构。提出虚拟车间资源模型、网络化体系结构模型和虚拟车间生命周期模型。 (2)在生命周期模型基础上,重点研究了其中的资源选择、协同工作、生产调度和质量控制四个关键技术点。讨论了制造单元重构模型,设计了一种改进的单元协商算法模型,使得盟主车间在选择盟员时不仅考虑其能力,还要考虑其合作历史。在分析虚拟车间协同工作内容基础上,提出采用分层敏捷工作流框架结构作为支持整个系统协同工作的平台。设计了一种基于回路调节原理的调度模型,可使虚拟车间中整个生产网络可成为一个动态、性能良好的生产系统。给出了分布式质量控制框架,论述了适应虚拟车间体制的质量控制策略。 四川人学惭-I;学位论义 o)建立了一种可嵌套的虚拟车间工作流组织框架模型,能够适应区域车间之间、 区域车间与制造单元之间、制造单元之间、制造单元与人员之间的协同工作。在这 种协同工作的框架下,设计了一种基于管理Agent方式的制造单元结构;依据总体 架构和单元架构,具体设计了管理Agent、重构单元AgCnt、车问调度Age血、活动 昭ent、接日明ent的内部结构。以区域车间管理Agent向制造单元下达急件任务为 例研究了各Agent之间的协商机制和通讯机制。 (4嘘拟车间系统是典型的分布式系统。提出在JZEE架构上山管理层。核心业务 层、组件层和资源层构成的虚拟车间分层实施模型。并在系统实现原理、客户端系 统工具、遗留系统的集成、基于Java的移动AgCnt工作原理方面进行了论述。 历)针对一般车间调度问题分类及特点,论述了虚拟车间中生产调度的控制运行 方式、调度驱动方式,指出了异地调度的核心关键问题。在此基础上,根据本文提 出的虚拟车间控制结构特点,提出一种虚拟组织内部调度Agellt中进行下一层虚拟 组织(资源)生产调度模型,设计了一种调度算法,并用遗传算法对其求解。计算 机模拟结果显示,该算法能够较好地解决虚拟车间中调度问题。 田)由于虚拟制造车间是因生产任务动态形成的,其生产管理和控制过程中具有 诸多的不确定性,当系统出现的冲突和矛盾时,需要新的知识和对策来解决问题, 知识和知识管理在虚拟车间管理中占据十分重要地位。作者在分析知识管理的定义、 同信息系统区别后提出了知识流的概念。针对虚拟车间的结构,提出了一种单元化 的知识管理模型,给出了知识管理单元之间协同策略,分析了知识管理系统中本体 的领域知识共享问题并给出了可重用的本体论模型。论述了虚拟车I句中实施知识管 理应该采取的对策。 *)以现实车间为例,本文探讨了如何从技术上实现车间敏捷化,从而为逐步将 现实车间向虚拟车间过渡打下基础。在深入分析成都飞机公司标准件车间现行生产 作业管理模式及其业务流程的基础上,提出了改进的车间业务流程和生产作业规划 系统的功能模型。在此基础上,提出基于协同作业原理的SCU-Workshop IMS总体 模型,提出了基于构件的系统开发模型和工作流管理系统实施模型。开发了 SCU-WOrkshop IMS软件系统,论述了各应用系统协同作业原理和协同工具。以实 例分析了 SCU-Workshop IMS中敏捷生产计划与调度、适应虚拟车间要求的产品质 量跟踪功能、采取虚拟车间方式的对外合作管理、知识管理在SCU-Workshop IMS 中的应用。
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