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网络联盟制造环境下生产过程快速响应技术研究

作　者: 刘永
导　师: 李言；李淑娟
学　校: 西安理工大学
专　业: 机械工程
关键词: 网络联盟制造资源匹配多Agent系统资源重构集成调度
分类号: TH166
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

制造业面临的市场变化日益频繁且无法预知,客户需求的个性化和多样化,导致产品生命周期缩短、更新速度不断加快。为了在激烈的市场竞争中取胜,企业应能适时动态地调整其制造模式和控制策略,以支持对市场的快速反应。网络联盟制造是适合中小型制造企业的一种生产模式,它通过网络实现制造资源、制造信息的集成与共享,通过联盟企业的协作提高制造系统的敏捷性、柔性和市场应变能力。本文针对装备制造业的生产特点,研究网络联盟制造环境下生产过程快速响应策略及其关键技术,以期满足多变的客户化生产需求。1.研究了制造企业生产过程的快速响应机制,建立了基于网络联盟及资源共享的快速响应系统的结构模型,期望从企业联盟构建层、客户需求分析层、生产任务规划层、生产资源重构层、生产调度实施层五个层次提升制造系统的快速响应性能,并对系统的结构与功能模型进行分析和描述,从而形成生产过程快速响应体系结构。2.提出一种基于服务资源匹配的制造企业联盟构建方法。以资源描述框架的数据模型为基础,建立了制造服务资源描述模型和服务资源匹配策略；给出了服务资源的定性属性匹配和定量属性匹配算法；建立了服务资源的匹配搜索流程,从而实现利用网络制造服务资源共享平台,形成更广范围的企业联盟,以便更加及时地得到联盟企业的生产技术支持。3.依据Agent的基础结构,建立了基于多Agent的生产过程快速响应系统的结构模型,重点研究了客户需求向生产需求转变过程的Agent辅助；在深入研究该辅助模式下生产任务规划策略的基础上,提出了基于退火进化算法的生产任务分配优化方法,实现以招投标结果为基础的综合评标,从而获得生产任务的全局最优分配方案；借助可靠性理论,提出一种提高多Agent系统可靠性的并联结构,构造出可靠性最大化问题的求解算法。4.提出了基于多色集合理论的系统资源重构建模方法和方案评价指标体系,利用元素、个人颜色、统一颜色等概念,建立制造资源与系统功能的映射关系,通过搜索围道布尔矩阵来获得系统资源重构的方案。在此基础上,探讨了重构方案评价指标的选取、处理和评价方法。其中,提出功能冗余度作为重构方案的重要评价指标,并给出该指标的有效计算方法。从而实现不同生产需求的生产资源快速组织。5.研究了多订单生产环境下的计划与调度集成优化问题,在充分考虑产品的结构约束、资源能力约束、提前-延期惩罚、设备间的运输时间以及多工艺路线问题等的基础上建立了单件生产和小批量生产模式下的问题规划模型。设计了带精英策略的蚁群求解算法,实现了直接面向多个订单的工序级任务调度,将计划层与调度层统一起来,避免计划与调度衔接过程中约束关系的丢失,便于获得全局最优解。实例运行验证了蚁群算法求解该问题的可行性及算法性能的优越性。在上述研究的基础上,建立了一个生产过程快速响应原型系统,完成了基于JSP的生产过程快速响应系统软件的开发,通过在企业的部分应用进一步验证了本文所提理论和方法的正确性和可行性。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
1.绪论  11-21
  1.1 研究背景分析  11-13
    1.1.1 我国制造业面临的挑战  11-12
    1.1.2 我国制造业现状  12-13
  1.2 敏捷制造模式  13-15
  1.3 网络联盟制造及其关键技术  15-19
    1.3.1 网络联盟制造含义和特性  15-16
    1.3.2 网络联盟制造的关键技术  16-19
  1.4 研究中存在的主要问题  19
  1.5 本课题的研究工作  19-21
2 生产过程快速响应系统结构研究  21-31
  2.1 研究对象分析  21-22
  2.2 生产过程快速响应系统结构建模  22-25
  2.3 生产过程快速响应系统功能模型  25-28
    2.3.1 网络制造服务系统  25-27
    2.3.2 企业内部生产控制系统  27-28
  2.4 RRSPP中的关键技术  28-30
    2.4.1 制造资源描述及搜索匹配  28
    2.4.2 基于MAS的系统控制  28-29
    2.4.3 任务分解技术  29-30
    2.4.4 资源重构技术  30
    2.4.5 计划调度问题集成求解技术  30
  2.5 本章小结  30-31
3 基于服务资源匹配的网络制造联盟组建技术  31-47
  3.1 RDF的基本概念  31-34
    3.1.1 资源描述框架简介  31
    3.1.2 RDF数据模型  31-32
    3.1.3 RDF的词汇集  32-34
  3.2 网络制造环境下的资源模型  34-37
  3.3 服务资源的匹配问题  37-44
    3.3.1 服务匹配模型  37-39
    3.3.2 服务资源的定性匹配  39-41
    3.3.3 服务资源的定量匹配  41-43
    3.3.4 服务资源的搜索  43-44
  3.4 应用实例  44-46
  3.5 本章小结  46-47
4 基于MAS的生产过程敏捷控制  47-71
  4.1 Agent的基本概念  47-48
  4.2 基于MAS的快速响应系统  48-58
    4.2.1 系统结构模型  48-50
    4.2.2 多形式的合同网协作机制  50-52
    4.2.3 RRSPP中的Agent模型  52-55
    4.2.4 RRSPP中Agent实体设计  55-58
  4.3 基于MAS的任务分配  58-63
    4.3.1 任务分配问题的描述  58-59
    4.3.2 任务分配的退火进化算法设计  59-62
    4.3.3 实例分析  62-63
  4.4 MAS的可靠性改进  63-70
    4.4.1 MAS的可靠性分析  63-64
    4.4.2 提高可靠性的并联结构  64-65
    4.4.3 问题的求解算法  65-69
    4.4.4 实例分析  69-70
  4.5 本章小结  70-71
5 基于多色集合的资源重构方法与方案评价  71-83
  5.1 可重构制造系统的基本概念  71-72
    5.1.1 可重构制造系统的定义和特性  71-72
    5.1.2 可重构制造系统的分类  72
  5.2 多色集合理论  72-74
    5.2.1 多色集合的概念  72-73
    5.2.2 个人着色和统一着色  73
    5.2.3 个人颜色和统一颜色的关系  73-74
    5.2.4 多色集合的数学表达式  74
  5.3 RMS的资源重构  74-76
    5.3.1 RMS的基本模型  74
    5.3.2 RMS资源重构的多色集合理论建模  74-76
    5.3.3 资源重构方案搜索  76
  5.4 重构方案的评价方法  76-80
    5.4.1 评价指标选取  76-78
    5.4.2 系统功能冗余度的评价指标  78-79
    5.4.3 基于信息熵的评价方法  79-80
  5.5 应用实例  80-82
  5.6 本章小结  82-83
6 多订单下的计划与调度集成模型及其蚁群算法实现  83-95
  6.1 引言  83-84
  6.2 生产计划与调度问题的集成模型  84-87
    6.2.1 问题的描述  84-85
    6.2.2 单件生产计划调度集成模型  85-86
    6.2.3 小批量生产计划调度集成模型  86-87
  6.3 蚁群算法的实现  87-89
    6.3.1 蚁群算法的基本原理  87-88
    6.3.2 蚁群算法设计  88-89
  6.4 调度算例及分析  89-94
    6.4.1 算例求解  89-92
    6.4.2 算法性能分析  92-94
  6.5 本章小结  94-95
7 生产过程快速响应原型系统的实现  95-109
  7.1 系统结构设计  95-99
    7.1.1 硬件结构  95-96
    7.1.2 软件结构  96-97
    7.1.3 系统功能结构  97-99
  7.2 软件系统实现的使能技术  99-100
    7.2.1 Internet/Intranet技术应用  99
    7.2.2 XML与RDF技术应用  99
    7.2.3 Agent开发技术  99-100
  7.3 原型系统的功能实现  100-107
    7.3.1 网络制造服务管理子系统  101-102
    7.3.2 企业内部控制管理子系统  102-107
  7.4 本章小结  107-109
8 结论和展望  109-111
  8.1 研究结论  109-110
  8.2 研究展望  110-111
致谢  111-113
参考文献  113-121
附录  121-123
  附录一中英文缩略用语对照表  121-122
  附录二攻读博士学位期间发表论文、参与项目及获奖情况  122-123
    发表论文  122
    参与项目  122-123
    获奖情况  123

网络联盟制造环境下生产过程快速响应技术研究

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