快速重组制造系统(RRMS)——新一代制造系统的原理及应用

为提高制造系统对市场和产品变化的快速适应能力 ,探求了制造系统可重组的理论、方法及其应用技术。提出了快速重组制造系统 (RRMS)的基本构架及其特征 ;研究其科学基础 ,得出了RRMS的随机模型及其组态的优化方法 ,发展了用于布局规划优化的拟阵算法 ,提出了系统可诊断性原理并建立了经济可承受性的理论框架 ;初步研究了RRMS的使能技术 ,建立了规划与设计、快速集成、快速运行、快速拆卸与重复利用 4个子系统。研制了组成RRMS的组态制造单元 (CMC) ,研发的基于组态制造单元组成的新颖的阵列式布局的RRMS在汽车和计算机零件生产线上得到成功的应用 。

可重组制造系统及其关键技术

分析了多品种、变批量的生产方式对制造系统的要求,对适应这一发展趋势的可重组制造系统(reconfig-urable manufacturing system,RMS)的特性和组成进行了描述,提出了可重组制造系统的结构和设计原则,将可重组制造系统的关键技术归纳为布局规划与优化技术、系统建模技术、可重组机床设计技术、模块化控制器技术、可拼接物流技术、构件集成和整合技术,以及系统快速可诊断技术并分别予以阐述.

可重组制造系统缓冲区容量的优化研究

为了确定可重组制造系统中的缓冲区容量,通过分析机床工作状态、生产需求量等因素对缓冲区容量的影响,建立了缓冲区状态数学模型。在此基础上,提出了缓冲区容量、机床可用度和任务需求率之间的函数关系。以满足生产任务为前提,将重组后加工域缓冲区容量最小化作为优化目标。通过粒子群优化算法,利用非可微精确罚函数法处理约束条件,采用可变惯性权重平衡搜索,以求得各工序间缓冲区容量。最后结合仿真实例,探讨了该生产线重组后系统缓冲区容量的最优配置。

可重组制造系统

可重组制造系统是一种能够快速响应新的生产环境的新型制造系统,在快速响应市场变化和个性化生产方面具有重要的意义。阐述了可重组制造系统的发展历史、概念、分类、重组特性及其特点,评述了目前可重组制造系统的研究现状,讨论了可重组制造系统的关键技术,并提出了可重组制造系统应用研究的发展方向。

可重组制造系统中加工设备资源的优化配置与重构

针对可重组制造系统中制造资源的优化配置与重构需要系统地考虑不同加工零件的多方面要求,应用多色集合理论构建系统的设备资源模型,通过有向多色图及其可达路径生成工艺可行的设备资源配置方案,采用模糊综合评判方法综合考虑加工成本、时间和质量等因素,从可行配置方案中找出获得各个生产周期的多组优化方案,再用动态规划方法组合为全生产周期的优化设备资源重构策略。通过一个实例说明了所提方法的实现流程。

面向可重组制造系统的快速诊断技术研究

在分析现有质量控制技术的基础上,提出了面向可重组制造系统故障诊断的架构和一种基于粗糙集故障诊断的方法。该方法利用传统统计过程控制数据,并结合现场传感器数据作为数据源,以粗糙集为知识获取工具进行数据处理,得到最小规则集,最终得到故障诊断结果。以一个实例验证了设计方案的有效性。

基于神经网络的可重组制造系统质量控制方法研究

为提高可重组制造系统的可诊断性并缩短系统重组后的斜升时间,提出了基于神经网络的可重组制造系统工序质量控制方法。首先,结合x-R控制图质量控制方法和神经网络技术分别建立了用于控制图模式识别和质量缺陷原因诊断的两个神经网络模型;然后,开发出基于神经网络的工序质量控制系统,以加工件的质量特征数据作为数据源,可对生产过程进行快速诊断和及时反馈。最后,通过实例验证了基于神经网络的可重组制造系统工序质量控制方法的有效性。

基于扩展随机Petri网的可重组制造系统建模与分析方法

可重组制造系统(Reconfigurable manufacturing system,RMS)可根据市场变化进行组态调整和组元升级,系统的建模与分析方法必须能适应上述特点。提出基于扩展随机Petri网(Extended stochastic Petri nets,ESPN)的模块化建模方法,将RMS不同的加工资源对应于相应的ESPN基本模块,并通过过渡变迁合成ESPN模型,该模型能适应任意分布的制造系统,可更加精确地反映生产过程。在此基础上采用基于行为表达式的分析方法,得到系统性能指标,该分析方法可不必画出可达图而直接得到系统性能关系函数,使分析过程更加直观、简洁。可重组电动机生产线的实例证明了该建模与分析方法的有效性。

可重组制造系统中物流运输路径规划

在分析可重组制造系统物流布局的基础上,根据物流运输网络的空间分布特征,提出了一种动态的AGV(自动导引小车)路径规划方法.利用图论,构建了AGV路径规划的有向图网络模型,采用机床相对位置矩阵、距离矩阵以及阻塞系数来描述车间环境信息,通过系统的重组,有效缩短运输距离.针对物流运输动态路网的变化,把整个运输网络划分成不同的子路网,动态地优化变化附近运输节点所在的子路网,从而较迅速地得到最佳运输路径.仿真结果表明了该方法的有效性和快速性.

敏捷制造模式下面向快速重组制造系统的CAPP原型系统研究

在分析敏捷制造模式下适用于快速重组制造系统CAPP特点的基础上 ,提出了适用于快速重组制造系统的CAPP体系结构和功能模型 ,介绍了所开发的面向机床制造业的RR -CAPP原型系统 ,并进行了应用分析。

敏捷化可重组制造系统及其布局原则和方法研究

21世纪是全球化市场竞争的时代。为了适应快速变化的市场需求,本文介绍了一种新型的制造系统模式——可重组制造系统(RMS,Reconfigurable Manufacturing System),讨论了RMS的产生背景,并阐述了RMS的定义及特征。在此基础上,进一步研究了RMS物理组态的基本模式,探讨了基于经济性分析的RMS系统布局原则和方法,并成功地应用一个案例进行了具体的分析。

计算机辅助可重组制造系统集成设计框架

为解决目前缺乏能够结合我国制造业现状的具体实施与应用的可重组制造系统计算机辅助系统平台问题,提出了基于面向对象开放式架构、模块化技术方法的可重组制造系统集成设计框架.分析了集成框架的规划问题,给出了体系结构.建立了集成框架的系统功能模块,并就实现每个模块所采用的关键技术进行详细阐述.依据该设计思想,结合某汽车零部件制造企业开发了集工艺分析描述、布局规划、生产调度、仿真优化、成线监控和资源管理为一体的集成系统.

虚拟可重组制造系统仿真优化模块开发

可重组制造系统是当今先进制造领域的研究热点之一,本文立足于仿真和优化可重组制造系统模型,以一个实际的可重组柔性制造系统为研究对象,在LabVIEW环境中对可重组制造系统建立仿真模型,并搭建一个基于PCI-1002数据采集板卡的数据采集系统,对加盖单元的加工时间参数进行实时采集,与仿真模型结合,实现建立混合仿真模型,最后引入粒子群优化算法,利用该算法对可重组制造系统的作业调度问题进行求解,根据优化后的调度方案进行系统重组。

面向可重组制造系统的工艺过程描述方法

基于目前多种工艺过程描述方法的优缺点,针对可重组制造系统中制造资源的动态变化,提出了一种适于动态制造环境的工艺过程描述方法。给出了工艺过程状态的数学分析以及相关的表达方式,通过分析状态矩阵、位置矩阵以及控制向量之间的关系,利用取状态码函数确定各工序的状态值,准确描述了工艺过程的状态信息。根据零件各个特征的加工状态,通过重用相应的工艺信息,实现了工艺过程的重排,满足了实际生产中对工艺过程状态信息的完整描述的要求。

面向快速重组制造系统的CAPP制造资源模型研究

分析了适用于快速重组制造系统的CAPP对制造资源模型的新要求 ,建立了制造资源与工艺设计的关系模型和适应动态变化环境的制造资源模型 ,介绍了所开发的制造资源定制工具平台 ,对不同的制造环境 ,运行该工具可以方便地实现制造资源的定制。

基于UML-OPN的可重组制造系统建模分析方法

为建立涵盖两种重组方式的系统模型,避免现有方法中模型相互转化造成的信息丢失以及动态特性的不完整,在分析了可重组制造系统重组实现方式的基础上,提出了基于统一建模语言与面向对象Petri网的建模与性能分析方法。采用模块化方法对制造资源进行划分,利用统一建模语言建立系统逻辑模型,利用面向对象Pe-tri网建立系统物理模型,分析了各自活动机理,给出了模型关联映射的触发规则。为实现模型的性能分析,对面向对象Petri网引入时间参数,提出基于随机过程理论的性能分析方法。通过实例验证了建模与分析方法的有效性。

可重组制造系统降级运作的可靠性分析

作为一种全新的制造系统类型,笔者对可重组制造系统的一种降级运作模式进行系统整体性能和可靠性的分析与研究。针对可重组制造系统中可能存在非关键设备失效的情况,在选取系统中存在单台关键设备的条件下,建立可重组制造系统在一定时期内降级运作的有效性模型。应用马尔可夫可靠性模型对系统不同的运行状态推导出转换方程,对系统的生产率和有效性两大指标进行计算和分析。通过对系统正常状态和降级状态的有效度和生产率的比较,得出了系统存在降级运行模式时,比系统全部由关键设备组合的运行模式具有更高的生产率和有效度,并在一定条件下,系统有效度比生产率增加更快的两大结论。

基于网络面向快速重组制造系统的CAPP技术研究

在研究网络环境下快速重组制造系统特点和对 CAPP系统功能需求的基础上 ,对实现基于网络面向快速重组制造系统的 CAPP体系结构进行了研究。在此基础上 ,研究了该 CAPP系统的实现方法 ,包括基于 Inter-net面向工艺设计的制造资源快速定制、基于 Internet的 CAD/ CAPP信息集成和基于 Web的通用化工艺设计推理决策机制等。开发了相应的原型系统 RR-CAPP系统 ,并通过实例对原型系统进行了实用性测试 ,证明系统运行可靠方便。

可重组制造系统的使能技术

从可重组制造系统的特点出发,结合可重组制造系统的基础科学理论架构,总结它的使能技术.从系统层、软硬件结构层、监控层、设备层和过程层5个层面对可重组制造系统的使能技术及理论予以阐述,其中重点讨论了可重组制造系统的经济承受性评估和系统性能评价的相关使能技术,给出了基于经济数学和实物期权理论的可重组制造系统经济可承受性评估体系的原理参考模型,以及可重组制造系统性能评价体系的参考模型,同时较为具体地定义了系统性能评价的16项参数.

基于OPN与UML的可重组制造系统建模方法研究

为建立全面的可重组制造系统模型和揭示可重组制造系统的重组过程,依据可重组制造系统的重组方式,提出了基于面向对象Petri网(OPN)与统一建模语言(UML)的层次建模方法,即利用OPN对物理重组建模,利用UML对逻辑重组建模,该方法能够在较好地分析模型动态特性的同时使得系统具有良好的可重用性、可整合性和可扩展性。通过实际应用描述了具体的系统建模实现方法,验证了该建模方法的有效性。