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面向大规模定制的产品生命周期建模及优化配置研究

作　者: 余彪
导　师: 赵韩
学　校: 合肥工业大学
专　业: 工业工程
关键词: 大规模定制产品生命周期并行工程产品配置产品生命周期配置产品生命周期信息建模语义WEB本体 Multi-Agent系统量子遗传算法多种群协同遗传规划并行协同量子遗传算法
分类号: TP18
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

信息技术、制造技术的快速发展以及经济全球化的不断深入给企业带来了巨大的影响。一方面,在这些新技术的支持下,企业的运行效率得到了极大的提高；但是另一方面,由于这些新技术的推动,客户的需求变得越来越个性化并且全球化竞争使得这种趋势日益明显。在这种情况下,有效即时地处理客户的个性化需求成为企业赢得竞争的关键。大规模定制生产模式正是在这种背景下应运而生。大规模定制的目标是以大规模生产的成本、质量和效率生产个性化的产品,以满足客户的个性化需求。自从这种新的制造模式提出以来,就得到了全世界无数学术界以及工业界研究者们的青睐。大量有效的方法和技术被提出并被应用到大规模定制中并且获得了巨大的成果。尽管如此,大规模定制中还有大量的问题有待研究。本研究在分析当前国内外大规模定制研究现状的基础上,结合产品生命周期管理以及并行工程的相关理念和技术,对传统的客户化产品设计技术-产品配置设计从理论和实现技术上进行了扩展,提出了产品生命周期配置的概念。产品生命周期配置的目标是对所考虑的产品生命周期过程同步进行配置与优化。论文首先研究了产品生命周期配置的架构,在分析其分布式特征的基础上,提出了基于Multi-Agent技术的产品生命周期配置框架。在此框架中,各种参与者通过Agent协同,共同完成对客户订单的配置。针对产品生命周期配置涉及到各种来自不同部门、具有不同知识和教育背景的参与者,他们之间缺少直接交流的专业语言,研究中提出了基于语义WEB本体论的产品生命周期信息模型,从而支持不同的参与者以及软件Agent之间无障碍地沟通交流。除此之外,为了方便产品生命周期配置问题求解,研究中还给出了另外一种基于AND-OR树或者AND-OR图的产品生命周期建模方法。本研究总共研究了四种不同的产品生命周期配置过程,它们分别是：传统的产品配置；客户化产品设计、制造过程规划以及制造资源分配并行配置；客户化产品设计、制造过程规划以及维护过程规划并行配置：客户化产品设计与供应链设计并行配置。针对这四种不同的产品生命周期配置方法,本研究提出了四种不同的求解算法,它们分别是：基于创新自适应量子遗传算法的产品配置、基于多种群协同遗传规划的客户化产品设计、制造过程规划以及制造资源分配并行配置、基于多种群协同遗传规划的客户化产品设计、制造过程规划以及维护过程规划并行配置以及基于并行协同量子遗传算法的客户化产品设计与供应链设计并行配置。研究中以具体的案例对这些算法进行了验证,并且给出了它们与其它算法的对比实验。实验结果表明,研究中提出的算法均具有非常优秀的寻优能力和计算效率。为了验证所提出的产品生命周期配置理论与技术,研究中还实现了一个基于Multi-Agent的产品生命周期配置原型系统。文章最后还以一个家具公司的客户化窗户配置作为应用案例,对基于创新自适应量子遗传算法的产品配置理论以及所实现的原型系统进行了验证和应用。应用结果表明,所提出的理论和方法能够帮助企业有效地提高产品配置效率、客户满意度以及企业业务执行效率,从而提高企业的竞争能力。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
致谢  12-22
第一章绪论  22-42
  1.1 引言  22
  1.2 课题研究背景及意义  22-26
  1.3 相关领域研究综述  26-40
    1.3.1 大规模定制  26-36
    1.3.2 产品生命周期管理  36-40
  1.4 课题来源、研究内容与论文组织结构  40-42
    1.4.1 课题来源  40
    1.4.2 研究内容与论文组织结构  40-42
第二章基于Multi-Agent技术的大规模定制产品生命周期配置架构研究  42-67
  2.1 引言  42
  2.2 大规模定制下产品生命周期配置  42-46
    2.2.1 大规模定制下产品生命周期管理的特点  43-44
    2.2.2 面向大规模定制的产品生命周期配置  44-46
  2.3 基于Multi-Agent的协同产品生命周期配置  46-61
    2.3.1 基于Multi-Agent的产品生命周期配置系统体系结构  47-49
    2.3.2 Agent通信与协同机制  49-57
    2.3.3 产品生命周期配置Agent交互过程  57-61
  2.4 基于JADE的协同产品生命周期配置系统实现  61-66
    2.4.1 JADE-Multi-Agent系统平台  62
    2.4.2 JADE平台体系结构  62-63
    2.4.3 JADE Multi-Agent开发工具集  63
    2.4.4 基于JADE的产品生命周期配置系统开发  63-66
  2.5 本章小结  66-67
第三章面向大规模定制的产品生命周期建模研究  67-83
  3.1 引言  67
  3.2 语义本体论建模方法与工具  67-69
    3.2.1 本体的概念  67-68
    3.2.2 语义本体建模方法  68-69
    3.2.3 语义本体建模工具  69
  3.3 基于语义WEB本体论的产品生命周期信息建模  69-76
    3.3.1 产品生命周期信息  69-70
    3.3.2 产品生命周期信息本体总体结构  70
    3.3.3 产品生命周期元本体  70-76
  3.4 基于AND-OR树或AND-OR图的产品生命周期信息建模  76-80
    3.4.1 基于AND-OR树的产品族结构模型  76-77
    3.4.2 基于AND-OR图的产品生命周期过程结构模型  77-78
    3.4.3 基于AND-OR树的资源结构模型  78-79
    3.4.4 基于AND-OR图的供应链网络结构模型  79-80
  3.5 并行工程环境下客户需求评价与产品生命周期活动关系建模  80-82
    3.5.1 并行工程设计多目标优化问题  80
    3.5.2 基于客户满意指数的产品生命周期因素评价  80-82
  3.6 本章小结  82-83
第四章基于创新自适应量子遗传算法的客户化产品设计配置研究  83-109
  4.1 引言  83
  4.2 最优客户化产品设计配置问题描述  83-84
  4.3 基于创新自适应量子遗传算法的客户化产品设计配置求解  84-98
    4.3.1 基本量子遗传算法  84-89
    4.3.2 创新自适应量子遗传算法  89-93
    4.3.3 基于创新自适应量子遗传算法的配置求解过程  93-98
  4.4 案例研究  98-103
    4.4.1 笔记本产品族  98-100
    4.4.2 客户需求以及最优笔记本产品配置问题描述  100-102
    4.4.3 基于创新自适应量子遗传算法的最优客户化笔记本配置  102-103
  4.5 算法分析与讨论  103-107
    4.5.1 算法参数研究  104-106
    4.5.2 对比实验  106-107
  4.6 本章小结  107-109
第五章基于多种群协同遗传规划的DMR并行配置研究  109-139
  5.1 引言  109
  5.2 DMR并行配置问题描述  109-111
  5.3 基于多种群协同遗传规划的DMR并行配置问题求解  111-133
    5.3.1 面向序列关系的产品生命周期活动协同进化算法  111-112
    5.3.2 两种群协同进化算法  112-114
    5.3.3 加入强迫生成算子的多种群协同进化算法  114-117
    5.3.4 基于多种群协同遗传规划DMR并行配置求解过程  117-133
  5.4 案例研究  133-136
    5.4.1 笔记本产品族  133
    5.4.2 客户需求以及客户化笔记本DMR并行配置问题描述  133-135
    5.4.3 基于多种群协同遗传规划的笔记本产品并行配置求解  135-136
  5.5 算法分析与讨论  136-138
  5.6 本章小结  138-139
第六章基于多种群协同遗传规划的DMM并行配置研究  139-155
  6.1 引言  139
  6.2 DMM并行配置问题描述  139-141
  6.3 基于多种群协同遗传规划的DMM并行配置问题求解  141-148
    6.3.1 面向并行关系的产品生命周期活动协同进化算法  142-144
    6.3.2 基于多种群协同遗传规划的DMM并行配置求解过程  144-148
  6.4 案例研究  148-153
    6.4.1 案例数据  148-149
    6.4.2 客户需求表达以及客户化笔记本产品DMM并行配置问题描述  149-151
    6.4.3 基于多种群协同遗传规划的客户化笔记本产品DMM并行配置求解  151-153
  6.5 算法分析与讨论  153-154
  6.6 本章小结  154-155
第七章基于并行协同量子遗传算法的DSC并行配置研究  155-179
  7.1 引言  155
  7.2 DSC并行配置问题描述  155-158
    7.2.1 产品设计需求表达与评估  155-156
    7.2.2 供应链设计需求表达与评估  156-157
    7.2.3 DSC并行配置问题描述  157-158
  7.3 基于并行协同量子遗传算法的DSC并行配置问题求解  158-170
    7.3.1 两种群协同量子遗传算法  158-161
    7.3.2 遗传算法并行化机制  161-162
    7.3.3 基于并行协同量子遗传算法的DSC并行配置求解过程  162-170
  7.4 案例研究  170-176
    7.4.1 案例数据  170-172
    7.4.2 客户需求表达以及客户化笔记本产品DSC并行配置问题描述  172-175
    7.4.3 基于并行协同量子遗传算法的客户化笔记本产品DSC并行配置求解  175-176
  7.5 算法分析与讨论  176-177
  7.6 本章小结  177-179
第八章产品生命周期配置系统实现及其应用  179-197
  8.1 引言  179
  8.2 基于Eclipse RCP的产品生命周期配置原型系统  179-182
    8.2.1 产品生命周期配置原型系统总体框架  179-181
    8.2.2 产品生命周期配置系统功能模块  181-182
  8.3 应用案例  182-196
    8.3.1 客户化窗户产品族  184
    8.3.2 客户化窗户相关评价因素  184-187
    8.3.3 基于原型系统的客户化窗户配置过程  187-195
    8.3.4 应用效果  195-196
  8.4 本章小结  196-197
第九章总结与展望  197-201
  9.1 全文内容总结  197-198
  9.2 论文主要创新点  198-199
  9.3 未来研究展望  199-201
参考文献  201-212
附录A 缩写说明  212-213
攻读博士学位期间参加的科研项目  213
攻读博士学位期间发表的学术论文  213-214

面向大规模定制的产品生命周期建模及优化配置研究

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