面向大規(guī)模定制的擴(kuò)展制造執(zhí)行系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、制造執(zhí)行系統(tǒng)是位于上層計(jì)劃管理與底層工業(yè)控制之間，面向車間制造過程管理與控制的信息系統(tǒng)。制造執(zhí)行系統(tǒng)一經(jīng)提出便得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，近年來國內(nèi)外圍繞制造執(zhí)行系統(tǒng)所進(jìn)行的研究和應(yīng)用已取得不少成果，但是對面向大規(guī)模定制的制造執(zhí)行系統(tǒng)所進(jìn)行的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。論文在國家863項(xiàng)目資助下，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際需求，對面向大規(guī)模定制的擴(kuò)展制造執(zhí)行系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　環(huán)境的變化是永恒和不可預(yù)測的，制造系統(tǒng)生存發(fā)展的能力取決于其

2、對環(huán)境變化的響應(yīng)能力。隨著產(chǎn)品品種日趨多樣，制造過程日趨復(fù)雜，僅僅依靠車間自身制造資源完成生產(chǎn)任務(wù)變得越來越困難，將地域上分散的制造資源動態(tài)集成，構(gòu)建跨地域的、資源分布的擴(kuò)展車間，成為制造系統(tǒng)提高快速響應(yīng)能力，贏得市場競爭的一條重要途徑。論文分析了車間制造系統(tǒng)的發(fā)展變化，指出大規(guī)模定制環(huán)境下的車間是一種建立在廣泛合作基礎(chǔ)之上，具有靈活組織結(jié)構(gòu)和快速響應(yīng)能力的擴(kuò)展車間，其生產(chǎn)活動已經(jīng)延伸到跨度多個地點(diǎn)、多個合作伙伴的廣闊制造空間，其生產(chǎn)管

3、理與控制需要一種建立在制造技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)有機(jī)結(jié)合基礎(chǔ)之上的擴(kuò)展制造執(zhí)行系統(tǒng)來支撐。為此，依據(jù)擴(kuò)展車間生產(chǎn)管理與控制的要求，遵循有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提出了一種由功能層、工具層和信息交互層組成的擴(kuò)展制造執(zhí)行系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)。該框架下的擴(kuò)展制造執(zhí)行系統(tǒng)著眼于對廣闊制造空間中的生產(chǎn)活動進(jìn)行管理與控制，注重車間層面的生產(chǎn)協(xié)同和更大范圍內(nèi)資源的優(yōu)化利用，重視與現(xiàn)場設(shè)備和人員的信息交互；其特點(diǎn)表現(xiàn)為縱向支持上層設(shè)計(jì)、管理等系統(tǒng)與車間底層生產(chǎn)設(shè)備和人

4、員的集成運(yùn)行，橫向支持跨地域的協(xié)同制造。
　　大規(guī)模定制環(huán)境下的擴(kuò)展車間任務(wù)變化頻繁，制造資源分散，產(chǎn)品種類多，生產(chǎn)批量小，難以有效制定作業(yè)計(jì)劃。相似性是事物之間共性的一種表現(xiàn)形式，對于將個性化產(chǎn)品的定制生產(chǎn)問題轉(zhuǎn)化或部分轉(zhuǎn)化為批量生產(chǎn)問題具有重要意義，基于這一認(rèn)識，論文提出了一種基于工藝過程相似性分組的擴(kuò)展車間分級作業(yè)規(guī)劃方法。該方法將擴(kuò)展車間作業(yè)規(guī)劃分為三個階段，第一階段對擴(kuò)展車間進(jìn)行邏輯制造單元重組，把作業(yè)任務(wù)歸并為在資源使

5、用方面具有相似性的作業(yè)任務(wù)組，從而將個性化產(chǎn)品的定制生產(chǎn)問題轉(zhuǎn)化為邏輯制造單元內(nèi)的批量生產(chǎn)問題；第二階段對邏輯制造單元進(jìn)行作業(yè)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)邏輯制造單元內(nèi)作業(yè)任務(wù)的優(yōu)化排產(chǎn)；第三階段對外協(xié)加工任務(wù)進(jìn)行作業(yè)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)外協(xié)加工任務(wù)在外部制造資源上的優(yōu)化分配。
　　論文對擴(kuò)展車間分級作業(yè)規(guī)劃每一階段的問題進(jìn)行了深入研究。針對擴(kuò)展車間第一階段邏輯制造單元重組問題，提出了一種基于資源約束的擴(kuò)展車間邏輯制造單元重組方法，以實(shí)現(xiàn)資源與生產(chǎn)任務(wù)的合理

6、匹配。針對擴(kuò)展車間第二階段邏輯制造單元作業(yè)規(guī)劃問題，建立了以資源負(fù)荷均衡和任務(wù)完成時(shí)間最短為目標(biāo)函數(shù)的擴(kuò)展車間邏輯制造單元作業(yè)規(guī)劃模型，以優(yōu)化單元內(nèi)的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃。針對擴(kuò)展車間第三階段外協(xié)加工作業(yè)規(guī)劃問題，建立了以外協(xié)加工成本最小為目標(biāo)函數(shù)的外協(xié)加工任務(wù)優(yōu)化分配模型，以實(shí)現(xiàn)外協(xié)加工任務(wù)在外部制造資源上的優(yōu)化分配。
　　基于本論文研究內(nèi)容所開發(fā)的擴(kuò)展制造執(zhí)行系統(tǒng)原型系統(tǒng)已經(jīng)在重慶卡福汽車制動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限公司試點(diǎn)應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用