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随着先进信息技术和现代制造技术的融合,智能制造逐渐成为新一轮工业革命和制造业变革的核心驱动力。为解决生产效率和生产柔性之间的矛盾,并且增强面向动态市场需求的响应力,制造业提出新一代制造系统——可重构制造系统(Reconfigurable Manufacturing System,RMS)。RMS的可重构性是制造企业实现制造过程智能化的核心技术,而实现RMS重构的关键是其构形的优化设计问题。然而,目前RMS构形设计主要集中单一粒度研究,无法探究不同粒度构形设计的综合性能。因此,本课题从重构过程出发,重点研究RMS多粒度构形优化设计方法。首先从重构时间与空间尺度将RMS构形设计划分为模块粒度、设备粒度及系统粒度。然后针对单一模块粒度、设备粒度,分别提出基于构形树的可重构机床(Reconfigurable Machine Tool,RMT)构形优化设计方法和基于关键特征的可重构检测子系统(Reconfigurable Inspection System,RIS)构形优化设计方法。在考虑上述两种粒度构形设计交互关系基础上,基于妥协决策理论和博弈论构建RMS构形优化设计决策网络,为不同粒度重构提供解决方案,最终实现多粒度构形优化设计。论文主要研究内容如下:(1)RMS多粒度构形优化设计理论研究。该部分主要阐述RMS构形的基本概念以及关键特征,对RMS构形的多粒度特性进行重点分析。分别对模块粒度、设备粒度以及系统粒度的设计问题以及设计核心进行概述,为后续研究奠定理论基础。(2)基于构形树RMT构形优化设计方法研究。该部分针对RMT定制模块库增加设计信息复杂性的问题,提出基于构形树的RMT构形优化设计方法。运用树状结构图建立描述RMT构形通用模型,并将RMT构形设计问题简化为构形树节点和关联边的决策问题。通过RMT加工功能、加工能力、成本和可重构性量化模型建立RMT最优构形设计的决策模型。(3)基于关键特征的RIS构形优化设计方法研究。该部分针对研究RMS系统质量检测过程较少现状,提出基于关键特征的RIS构形优化设计方法。该方法利用误差流理论阐述质量检测过程原理,对RIS构形的模块化、可集成性、可转换性、可扩展性、定制化以及可诊断性等关键特征进行分析。基于上述关键特征以RIS中的可重构检测器数量、位置及其传感器数量为设计变量,以RIS的检测功能、检测能力、成本以及可诊断性量化模型为基础,建立RIS最优构形设计的决策模型。(4)基于多粒度交互关系的RMS构形优化设计决策网络研究。针对RMS多粒度构形设计的交互关系,构建RMS构形优化设计决策网络。该方法基于妥协决策理论建立单一粒度构形设计的结构化决策模型,利用博弈论探讨不同情境下构形决策模型的交互关系。最后结合决策模型和交互模型建立RMS构形优化设计的决策网络,实现多粒度构形的并行设计。(5)可重构制造系统多粒度构形优化设计方法案例验证。该部分围绕L4发动机气缸体、V6发动机气缸体以及V8发动机气缸体,设定针对不同零件族的零件转换(L4-V6)以及针对同一零件族的零件转换(V6-V8)的重构需求。根据重构需求进行RMS的详细构形优化设计,构建了不同需求下的决策模型,最终形成相应的重构策略。此重构过程验证了本课题的构形优化设计方法的可行性与有效性。