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。

产品数据管理与企业资源计划系统间更改信息的集成与控制

提出了一种产品数据管理与企业资源计划系统间通用的更改信息描述方案与集成方法,以及基于工作流技术的更改信息控制策略。将产品数据管理与企业资源计划系统间集成的更改信息归纳为对象、层次结构和文档三类基本形式,形成了通用的更改信息表达方案。基于中性数据环境,实现了更改增值信息的共享与集成。将更改过程的相关信息划分为变更对象、更新对象和辅助对象,并利用工作流技术完成了过程间的推送、跟踪与信息发布,实现了对更改过程的控制,保持了更改产生的新版信息与原版信息之间的关联升级与关联继承性。通过实际的产品数据管理与企业资源计划系统中的实施与应用,实现了更改信息集成和控制方案,为产品数据管理与企业资源计划系统间更改信息集成与控制的研究应用提供了一条有效的解决方案。

工艺FMEA知识库系统及其在工艺改进中的应用

设计并开发了基于WEB的工艺FMEA知识库系统,通过建立工艺失效知识与产品和工艺信息的关联,实现工艺FMEA系统与CAD/CAPP系统的信息和过程的集成,从而达到工艺改进的目的,最后给出了某飞机结构件利用此系统进行工艺改进的验证实例。

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。

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.

基于服务的制造数据管理

为实现产品研制和生产中制造数据的有效管理,提出了一种基于服务的制造数据管理方法。该方法包括模型服务化、功能服务化和平台服务化三个方面。引入服务界面和服务群的概念,以增加模型面向服务的特性。分析了功能服务运行环境,该环境包括功能的服务化封装规则、服务适配器、服务的管理与执行环境以及模型与标准管理器四个部分。给出了制造数据服务平台的结构,包括企业信息技术资源、服务技术平台、业务服务平台和业务执行环境四个层次。最后,通过某航空制造企业的应用实践,说明了所提方法的有效性。

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。

基于遗传算法的可重构制造单元布局研究

可重构制造单元是可重构制造系统研究的重点,而单元的设施布局对制造单元的性能有着很大的影响。针对可重构制造单元布局提出了其特点与设计目标,建立多行设备布局的数学模型,最后对生产实际问题,通过遗传算法进行求解,证明方法的正确性。

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.

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。