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基于制造资源优化配置的网络化工艺分工规划技术研究

彭文利  
【摘要】: 随着网络、信息技术的迅猛发展和广泛应用,以制造过程分布式、数字化、网络化为特征的网络化制造模式应运而生。面对网络化制造背景下分布式、动态化的制造资源,产品的工艺分工规划过程必然面临新的问题和挑战。在网络化制造环境中,制造资源的优化配置对提高质量、降低成本、增加效益至关重要,而产品的工艺分工规划,则是实现制造资源优化配置与合理利用的重要基础,因此研究基于制造资源优化配置的网络化工艺分工技术具有重要的理论价值与现实意义。 从网络化工艺分工规划技术的内涵及体系结构入手,引入制造资源建模和优化配置新方法,深入、系统地研究了面向制造企业动态联盟的网络化工艺分工规划技术的相关理论和实现技术,主要内容及创新点如下: 结合对网络化制造和工艺分工规划技术的研究现状及发展趋势的分析,指出了现有的技术问题。在此基础上,提出了基于制造资源优化配置的网络化工艺分工规划的逻辑表示和过程模型,明确了网络化工艺分工规划系统的体系结构及功能划分,阐明了系统的工作流程。 分析了网络化制造中制造资源动态化特点及其信息建模需求,首次提出物理制造单元和逻辑制造单元的概念,并应用面向对象的方法构建了相应的信息描述模型。其中,逻辑制造单元信息模型包含零件信息和制造能力两部分,是产品零件信息模型与物理制造单元信息模型的交集。以物理制造单元和逻辑制造单元的信息模型为基础,建立了产品加工要求与制造资源之间的映射关系。 根据网络化工艺分工规划所涉及的产品零部件、工艺及制造等信息的特点,提出了工艺分工知识的“产生式规则+框架”表示方法,并建立了以“分组分层”为基本管理模式的工艺分工知识库。首次提出逻辑加工路线的概念。借助“元语”对逻辑制造单元和零件信息进行描述,通过模糊逻辑和层次分析法确定匹配过程中各“元语”的权重,结合逻辑加工路线中各个逻辑制造单元的加工时间、成本、质量及特殊设备工装等要求,对其进行模糊综合评价。 提出通过制造资源的预配置进行可执行加工路线设计的基本思路,即通过逻辑加工路线与具体制造资源间的单元级映射过程,生成可行的工艺分工规划方案。在制造资源预配置的基础上,通过制造资源信息实时更新过程,实现逻辑加工路线与可执行加工路线之间的映射与转换。 针对所生成的产品的多个可执行加工路线信息,根据优化目标信息,结合制造资源库提供的相关物理制造单元子集信息,应用层次分析法和遗传算法进行物理制造单元子集的评估,以及可执行加工路线的优选,最终优化出满足给定约束条件的可执行加工路线。 依托相关研究项目,采用.NET技术框架,开发了基于制造资源优化配置的网络化工艺分工规划应用系统,并以复杂零件——冰箱壁板动模的网络化制造过程为例,对论文所提出的理论、方法进行了成功地应用和验证。


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