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基于资源优化的制造过程建模与仿真研究

袁锋  
【摘要】:21世纪世界各国制造业都面临个性化的客户需求和全球化的市场竞争环境。为了赢得市场和客户,现代制造业正在努力研究开发和应用实施先进制造技术和现代集成制造系统,实现企业跨越式发展。先进制造技术提出了多种制造模式,每种制造模式都十分强调制造过程模型。实际上制造过程模型是过程建模、过程分析、过程重组和过程管理的核心技术。 对制造过程模型的研究可以从多个方向来开展工作。目前已经提出了许多制造系统的企业建模集成体系结构,这些体系结构中都建立了由过程视图和其他多个关联视图所组成的多视图模型。在过程视图也有了事件驱动过程链或工作流方法等各种制造过程建模方法。通过集成一些过程仿真分析工具,还可以对制造过程模型进行优化和重组,使得制造过程的各项性能指标得到提高。最后开发软件系统以支持这些优化的制造过程模型,使用工作流管理系统来实例化运行。 本文围绕制造过程模型这一核心技术,在上述制造过程模型的多个研究方向上,进行了深入的研究,主要工作如下: (1)基于制造企业建模和业务过程工程,提出了集成制造过程建模体系结构IMPM。IMPM主要专注于制造过程视图模型,其他多个关联的视图模型只是作为辅助的支持。在IMPM中,通过增加对象重构性维,全面引入面向对象技术和面向重构技术。IMPM采用UML业务建模,对UML元模型进行了扩展,用元对象设施MOF定义新的业务建模元素,用对象约束语言OCL来限定扩展业务建模元素的语义。IMPM使用这些新的业务建模元素对各个视图进行业务建模,从而为制造过程建模研究打下坚实的理论基础。 (2)IMPM在过程视图模型中,提出了面向对象的事件驱动过程链oEPC。oEPC使用IMPM中扩展的形式化业务建模元素,松散地基于Petri网的并发执行语义,采用多种复杂的过程逻辑控制节点,实现对实际制造过程进行业务过程建模。由于oEPC基于形式化语言,因此oEPC过程模型可以被各种UML建模工具所理解,可以映射到其他建模工具或编程语言中。 (3)oEPC过程模型通常描述的是制造系统当前的业务流程,需要对这些制造过程模型进行分析和优化。通过建立面向对象的制造过程仿真工具,能够模拟oEPC制造过程模型的实例运行,生成制造过程仿真数据。通过分析仿真数据来改进过程方案,实现制造资源的优化配置。 (4)在优化分析的制造过程模型基础上,设计和实现了可重构制造管理系统RMES的子系统制造过程管理系统MPMS。MPMS基于Windows DNA的多层体系结构,采用基于组件开发模式和XML网络数据传输等关键技术,提高了制造数据的可重用性和多


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