可重构智能制造系统的基础研究

【摘要】： 先进制造技术的发展趋势表明，未来的制造系统应该是能够适应市场的需 求变化、能够快速调整制造过程、制造功能和制造生产能力的可重构智能制造 系统。制造系统的重构包括车间加工控制系统的重构、生产管理系统的重构以 及物理设备的重构等多个方面。本文以国家自然科学基金重大项目“支持产品 创新的先进制造模式若干基础研究”中的子课题“先进制造模式及管理”为背 景，进行可重构智能制造系统理论与方法的研究。论文主要包括以下几个方面 的内容： 1．综合比较了各种建模方法的特点，提出了集成标准建模语言和面向对象 Petri网的可重构制造单元建模方法UML-OOPN。该方法充分发挥了UML和Petri 网两者的长处，能够支持从需求分析到模型实现的全生命周期。 2．系统地阐述了可重构制造单元设计的理论与方法。提出了可重构制造环 境下CAPP系统的体系结构，利用工艺规划Petri网和七位编码法两种多工艺方 案表达方法，给出了基于PP-Net可达树的最优工艺方案搜索算法和基于七位编 码法的最优工艺路线选择算法，研究了一种适用于可重构制造环境的阵列式混 合布局形式，并利用遗传算法对阵列式结构的每一行进行了优化。 3．以人工智能领域的研究热点多Agent以及分布式对象技术规范CORBA 为工具，探讨了分布式可重构制造系统的软件体系结构及其实现方法。重点论 述了其关键技术——动态联盟合作伙伴的选择过程，并提出了一种基于遗传算 法的制造资源组合的优化算法。描述了Agent协作的UML模型，并给出了Agent 实现的部分代码。 4．对可重构机床的模块化设计及其针对给定加工任务的运动重构原理与方 法进行了较为深入的研究，提出了用关系数据库和遗传算法解决机床模块的划 分、组合和优化的新方法，并开发了机床模块库管理系统以验证该方法的有效 性。 5．从软件工程和管理学个角度对可重构制造生产管理系统进行了较为深入 的研究，提出了基于组件的生产管理系统模型和BRP与ERP相结合的企业业 务流程重组的理想实施方案。