多品种小批量智能制造产线关键技术及应用

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1、硕士学位论文多品种小批量智能制造产线关键技术及应用作者姓名汤胜龙学科专业机械工程指导教师万加富教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年4月KeyTechnologyandApplicationofSmartManufacturingLineforMulti-varietiesandSmall-batchProductionADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：TangShenglongSupervisor：Prof.WanJiafuSouthChinaUniversi

2、tyofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP278学校代号：10561学号：201520100588华南理工大学硕士学位论文多品种小批量智能制造产线关键技术及应用作者姓名：汤胜龙指导教师姓名、职称：万加富教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：机械工程研究方向：智能制造理论及应用论文提交日期：2018年4月12日论文答辩日期：2018年5月28日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：谢正超委员：谢正超肖明万加富张舞杰王世勇摘要“工业4.0”的提出激发了制造业新一轮的技术革命。我国基于自身国

3、情提出“中国制造2025”战略，大力推进中国制造业的产业升级。上述举措，源于传统制造业大批量、少品种的生产模式，难以满足消费者日益增长的个性化消费需求。在此背景下，研究新一代智能制造产线，使其满足多品种、小批量、个性化产品的大规模生产，具有重要的理论意义和工程应用价值。本文针对传统制造产线在新形势下制造能力的不足，通过研究新一代智能制造产线的关键技术，提出了具体的解决方案。主要完成的工作如下：首先，为了实现制造资源的合理描述、优化资源的调度方案，本文引入本体技术。在研究现有的本体语言后，本文采用OWL(WebOntologyLanguage)作

4、为本体构建的语言，并通过Protégé软件完成制造资源的本体构建，实现了制造资源的知识描述。在此基础上，通过ApacheJena工具包实现基于本体模型的隐含信息推理，为智能制造产线的决策调度提供了重要的技术支撑。然后，针对智能制造产线的网络通信需求，研究了物联感知与信息交互两个通信层面的主流技术。对于前者，本文提出基于RFID技术的物联感知方案，实现了对每个订单生产流程的信息追踪；对于后者，本文探讨和比较了“数据分发服务（DDS）”和“OPCUA统一架构”两种主流的信息交互技术。通过分析多品种小批量制造环境的生产特点，最终选择“OPCUA统一架

5、构”作为本文智能制造产线信息交互的关键技术。经过多组对比测试，确定了周期100ms并兼顾实时性与数据完整性的信息采集方案。其次，针对多品种、小批量、个性化订单的工序调度问题，本文探讨了主流的车间调度算法。通过分析多品种小批量制造的生产特点，决定采用遗传算法作为本文工序调度的核心算法。并通过一个生产调度实例，演示了基于遗传算法的多品种小批量生产调度关键步骤。最后，基于上述知识描述与推理、物联感知与信息交互、智能决策调度三个层面的关键技术，依托华南理工大学智能制造实验室的实验平台，进行了实验验证。实验结果验证了所述关键技术的合理性和有效性。关键词：

6、多品种小批量；智能制造；本体；RFID技术；OPCUA统一架构；遗传算法IABSTRACTTheproposalof“Industrial4.0”hasinspiredanewroundoftechnologicalrevolutioninthemanufacturingindustry.Chinahasputforward"MadeinChina2025"strategyandvigorouslypromotetheindustrialupgradingofChina'smanufacturingindustry.Theabovemeasur

7、esarederivedfromthetraditionalproductionmodewithlarge-quantitiesandfew-varietiesproduction,whichishardtomeettheincreasingindividualizedconsumptiondemand.Thus,it’sofgreatsignificancetostudythenewgenerationofsmartmanufacturingsystemtomeetthemassproductionofMulti-varieties,smal

8、l-batchandpersonalizedproducts.Aimingattheshortageoftraditionalmanufacturin