制造系统研究的挑战和前沿

生产模式对制造业的影响深刻而长远,特别是近40年来,发达国家先后提出先进制造系统的研究计划,提出如智能制造、大规模定制、可持续制造等一系列新的制造模式,尝试突破以批量生产为主流的生产模式,建立国家竞争优势。生产系统的研究大都跨越传统的技术因素,经济和社会影响也常常纳入研究的视野。生产系统研究的基本目标是系统的效率、质量和成本,而近些年服务和环境也成为生产系统优化的目标。生产系统的分析、设计和运行控制是生产系统研究的基本问题,但制造系统的系统复杂性问题十分突出,其主要求解工具:运筹学和系统理论仍然有待突破。现代信息技术为制造系统的基本目标提供了突破的新方法,因此近几十年来,以信息技术为基础,数字化为手段的新兴制造系统成为研究热点,也取得了重大突破。展望未来,制造系统将向着精确化、绿色化和服务化方向发展,在此背景下,生产系统的研究将面临着更多的机遇和挑战。

基于产品数据管理系统的设计制造信息集成

分析了基于产品数据管理的设计制造系统的信息集成模式,以统一产品信息模型为基础设计了基于PDM的CAD和CAPP系统的集成框架,并对实现该框架所涉及的关键技术与实现方法进行了深入研究。介绍了结合具体应用对通过商业软件Teamcenter实现CAD和CAPP之间的设计制造信息集成所进行的实践,为异构应用系统之间的信息集成提供了一种方法。

基于制造执行系统的调度统一数据模型

提出了建立调度统一数据模型以支持MES系统与多种商业调度软件和专用调度算法包应用集成的构想。在理论分析和实践总结的基础上,对调度统一数据模型进行了详细的论述,并对集成应用方式进行了讨论,最后介绍了一些典型调度软件的应用测试。实验表明所建立的模型达到了设计的要求,对MES系统开发与集成应用具有一定的参考和应用价值。

基于SOA的制造数据管理系统研究与应用

目前,企业中如何在不同的应用系统中减少数据的冗余,并降低由于数据频繁交互而带来的系统复杂性,已经成为一个日益凸显的问题。首先建立了一个可以承载从产品的设计、工艺、制造到装配整个产品生命周期中信息的模型,然后基于面向服务的架构(SOA)的思想构建企业应用系统,从而大大降低了数据冗余,实现了企业IT重用,加快了企业的响应速度。

基于仿真的单元化制造系统的单元分组

在传统单元分组方法的基础上,提出了用仿真方法解决瓶颈机床的分组问题。采用着色Petri网,对生产系统建模。以BEA算法作为分组基础,经过仿真试验得到最终的单元分组结果。试验表明,用仿真的方法能够弥补传统分组算法复杂的缺点。

作业成本法在制造执行系统中的研究与应用

利用作业成本法(ABC)和制造执行系统(MES)的结合可以动态地、精准地进行制造车间的成本核算,对加强制造车间成本的管理与控制有重要的意义。本文提出了基于MES的作业成本控制体系总体构架,设计和实现了基于MES的作业成本管理(ABCM)系统,并且通过一个企业的应用案例验证了系统的有效性。

基于案例推理的企业项目管理决策支持系统的研究

基于案例推理方法的基本原理,将案例推理方法应用于项目管理辅助决策支持分析,论述了基于案例推理的项目管理决策支持系统中的一些关键步骤,研究了项目管理中项目任务问题案例的知识案例表达、属性权重分析和近邻方法相结合的检索模型,实现了案例检索和匹配,提出了辅助项目任务问题案例辅助决策支持系统的结构,开发了原型系统,并给出应用实例.

基于元模型的统一制造资源模型框架

为解决企业多应用环境中的制造资源集成问题,提出了一种制造资源元模型,进一步给出了统一制造资源信息模型框架结构,应用基于面向服务架构和可扩展标记语言技术,建立统一制造资源服务平台,实现了该框架的构建。制造资源元模型由数据元模型、应用元模型、扩展元模型三部分构成,统一制造资源信息模型框架由资源核心模型层、资源应用模型层及资源整体战略模型层构成。通过对统一制造资源信息模型的分析,说明了该制造资源模型的可集成性与可扩展性。

制造过程数据形式化语义建模

在总结制造过程数据内容和分析现有制造过程数据表达方法的基础上,提出一种基于多色集合理论的制造过程数据形式化表达方法,将制造过程数据所涉及的活动、对象、关系置于统一的以过程为核心的数学模型框架中。给出基于多色集的制造过程数据模型与过程描述语言(Process specification language,PSL)核心语义的映射关系,并对PSL核心语义进行扩展定义,以保证制造过程数据具有规范的过程语义。以一个齿轮轴工艺过程制造数据形式化语义定义为实例,说明基于多色集合理论和过程描述语言相结合的形式化语义建模方法在统一组织和关联描述制造过程数据以及维护语义一致性方面的可行性与有效性。

基于MBD模型的制造特征信息组织与传递

本文首先按照MBD规范完成了三维产品的模型定义与数据组织，保证了上游设计信息丰富性与标准性。然后，归纳总结了复杂结构件的典型加工特征分类，并针对各典型特征进行了工艺分析，为它们建立了面向制造的特征信息模型。按照制造特征信息模型的数据组织要求，在MBD模型上进行特征信息提取与组织，获得完整的特征信息，并向下游的工艺设计决策和数控编程仿真等环节传递，实现CAD／CAPP／CAM的有效集成。

支持多应用的统一制造资源模型研究

支持多应用的统一制造资源模型是实现资源数据集成、加强应用的深度和广度以及实现企业整体资源优化的基础.从信息完整性、管理与应用以及企业个性化要求等多个角度分析了统一制造资源建模的需求,提出了资源元数据模型的概念,将资源数据分解为资源实体、资源类型、资源组合、资源视图与资源能力五个方面进行描述,在此基础上提出了统一制造资源信息模型(UMRIM)框架,该框架由资源核心模型层、应用模型层和整体优化模型层构成.基于UMRIM和面向服务架构的模式建立了资源服务平台,给出了平台的结构.

基于知识工程的工艺决策方法研究

为了解决集成环境下的复杂零件的工艺决策问题,从问题描述、规则定义和过程控制三个方面出发,提出了以"对象-规则-过程"为核心的知识工程应用方法。分析了包括产品特征信息、工艺过程信息、资源能力信息和加工方法知识信息在内的工艺决策对象信息,提出基于本体和元模型的建模框架。研究了基于规则引擎的工艺决策规则的表达和应用的方法。在分析工艺决策的过程化特点的基础上,结合工作流思想,提出工艺决策的过程化组织模式。开发了工艺设计原型系统,支持工艺决策方法的实施及应用。

离散制造行业MES的产品可追溯性建模

阐述了MES中生产执行、数据采集和生产跟踪与其他活动之间的关系,对生产跟踪和追溯所关联的实体关系进行定界,结合离散制造过程的特点,建立了生产跟踪和追溯数据模型.数据模型着眼生产跟踪、质量和物料批次组成关系三个方面,在工序层面上关联物料批次组成关系,满足以物料或任务为入口的向前向后追溯.最后给出了可追溯在MES中的实现.

基于本体面向服务的统一制造资源管理

为满足制造企业内不同业务应用系统对制造资源的应用需求,建立面向服务的统一制造资源管理平台是一种有效的解决方式.本文从资源本身的结构及其管理与应用需求两方面出发,参考本体建模的思想,给出了建立面向PDM、CAPP、ERP和MES应用的统一制造资源本体模型的方法,包括资源术语、需求描述的概念化集合、动静态资源数据实体等.在此基础上,采用面向服务的信息技术,构建了一种通用的、可扩展的统一制造资源管理平台.

面向制造执行的工艺过程模型与工艺设计技术

提出了面向制造执行的工艺过程模型,在满足系统间过程信息集成的同时,提出了多工艺路线的可视化表达方案,改善工厂加工生产中车间调度的柔性,为CAPP系统与制造执行系统的全面集成提供一条较好的解决方案。

制造过程产品信息集成技术的研究

随着信息技术在制造业的广泛应用,不可避免地在企业的各个部门形成了信息孤岛。为了实现信息的共享和交互,以制造过程和设计过程产品信息集成的研究与应用为背景,分析了数据管理系统和制造执行系统信息集成中的问题,分析了不同集成的方式,提出了中间数据库模式的基于J2EE平台的信息集成方案。

三维数字化工艺模型及其表达框架

通过对工艺信息实质内容的深入分析,提出一种能全面描述和表达工艺信息的三维工艺模型(Manufacturing process model,MPM),该模型具有工艺过程信息的几何演进性和多视角性特点。模型通过定义MPM三元组,确立了工艺信息的过程性结构关系,可完整表达工艺信息的内在规律,有利于数字化工艺信息的产生与优化。同时,从便于工艺设计等下游后续过程使用工艺信息的角度,提出包括流、动态场景和快照表达模型在内的三维工艺模型的数字化多视角工艺信息表达框架(Manufacturing process as stream and snapshot,MPASS)。其中,流表达模型以制造活动过程之间的关系为组织形式对工艺活动的信息进行表达;动态场景表达则是从不同的对象视角进行投影,以灵活的形式对工艺信息进行组织和查看;快照表达利用静态对象几何和增量的方式,表达动态过程某一时间点的状态值和相关性。不同的表达数据可用于不同的后续制造与管理过程。

物料清单视图演绎及在产品数据管理中的实现

研究了产品开发阶段3种主要物料清单视图间的演绎关系,并在产品数据管理系统中进行了应用实现。物料清单视图演绎包括结构转换和属性映射两部分,给出了由设计物料清单到工艺物料清单进而到制造物料清单转换的主要流程,并将物料清单视图属性映射归纳为泛化、关联、聚合和导出4种形式。通过在产品数据管理系统TeamCenter Engineering软件中的应用实现,验证了在产品开发阶段物料清单视图演绎方法的可行性。该项研究为产品数据管理系统中的产品结构管理功能在企业中的应用提供了可行的途径。

面向产品全生命周期的产品开发过程建模

研究了通过产品开发项目全局计划进行面向产品全生命周期的开发过程建模问题。介绍了在产品全生命周期原则下分步建立全局计划,实现对产品开发过程进行描述、分析与优化的建模原理。通过将全局计划映射为多视图过程模型,验证了建模方法的可行性,并以实例说明了该建模方法在PDM系统上的应用。该项研究为解决制造企业在产品开发过程管理方面的瓶颈问题提供了可行的途径。