浅谈制造系统的建模理论及方法研究

《浅谈制造系统的建模理论及方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、制造系统的建模理论及方法研究数字制造是应用虚拟现实技术、快速原型技术、数据库技术、网络技术和多媒体技术，结合计算机集成制造技术，根据用户需求，迅速收集资源信息，并在高级决策系统的支持下，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出满足用户需求的产品。也就是说，数字制造实际上就是在对制造过程进行精确定量和数字化的描述而建立起的数字空间屮，来完成对产品的制造。从控制论的角度来看，数字制造系统的输入是用户需求和产品的回馈信息，根据原材料、零件图样、工艺信息、生产指令、机

2、床、设备和工具等种种数字信息，经过设计、计算、优化、仿真、原型制造、加工、检验、运输、等待和装配等多个环节，其输出则是达到用户性能要求的产甜。由此可见，数字制造系统是一个涉及到多种过程、多种行为和多种对象的复杂系统，具有离散性、混沌性、随机性和多层次性等特点。所以，其亟需解决的问题就是如何对制造系统的输入、输出以及齐结构参数采用适当的数学模型加以清晰的描述，以便实现系统的决策优化、仿真模拟、非常状态预测识别和运行控制等目的。目前，对现代制造系统的建模有很多方法[&],如排队论、马尔可夫链模型、数学规划、扰动分析法等。国外许多

3、著名制造企业和研究机构对现代制造系统的建模理论与方法也开展了深入的研究，提出了一些新的解决方案，等，国内学者结合中国国情，在这方而也做了许多有益的工作。基于国内外已有的研究进展，本文就数字制造系统的建模方法展开了研究，提出了基于数字化工厂的设备环境建模、面向数字化加工的过程建模和数字制造系统的信息建模，为完整地描述整个数字制造系统提供了新的思路和方法。1.数字制造系统的建模对象制造系统中的物质流、能量流和信息流贯穿于整个制造过程，因此，数字制造系统的建模也就围绕着物流、资源、产品和信息而展开。物质流包含材料流、工件流和工具流

4、等，涉及的模型有生产计划模型、工艺模型、产品设计模型、设备模型、质量模型、加工精度模型和故障诊断模型。由于数字制造研究的是整个制造拓扑空间中各拓扑之间的相互联系和协同运作关系，因此物流和信息流不再是独立的，而是蕴含于上述联系和运作之中。更确切地讲，数字制造系统的建模对象涉及到广义的制造过程，包括制造环境、制造行为和制造信息。数字制造系统的目标，就是要在数字化的环境中完成产品的设计、仿真和加工。即接到定单后，首先进行概念设计和总体设计，然后是计算机模拟或快速原型过程，直至工艺规划过程、CAD和CAQ过程，最终形成产品。为完成每

5、一个过程，必须有资源和时间的分配，以及控制量的输入和回馈信息的输出。而资源和时间的分配，又依赖于其它过程以及总体规划的资源和时间的制约，且回馈信息将为前后过程所用，尤其是在基于网络的制造环境下，资源、时间和控制信息的统筹管理和规划显得更加复杂。图1给出了数字制造系统的一个面向对象的参考模型。该模型的主要特点有：（1）该模型表述的是基于网络的虚拟企业的协同设计与制造，既可支持企业内部信息交换（如牛成数控加工程序、牛产调度等），乂可釆用客户机！服务器的方式支持协作企业之间的相互连接（如建立供货商产品和牛产能力数据库、产品协同设计

6、等）以及制造服务的传递。网络数据服务器包含有各种通用模块，包括诸如定单、设计信息、工艺、生产计划、库存、加工状况等信息，同时还包含各类专用模块，供不同的企业实现客户化而调用。(2)该模型利用面向对象的原理和方法来设计。系统模型的每一组成部分都视为独立的对象，这些对象是通过对整个制造系统过程和阶段进行综合考虑而得到的，使得从一个过程或阶段到下一个过程或阶段所利用的对象及数据具有高度的连续性。对象之间通过通讯实现数据信息的交流，并以类作为产品分析、设计和实现的基木单元，降低了系统部件之间的耦合度并使得系统部件的重用成为可能，从而

7、提高了牛产质量和牛产效率。(3)该模型还是一种分层的应用模型，能满足客户/服务器(C/S)计算的需要。其原因是，一方面C/S系统具有多厂商、多平台的特点，系统的各个组成部分所提供的服务需要一个清晰的界限，另一方面，分层模型使得创建基于可分配、可伸缩和可管理的组件的系统成为可能。数字制造系统的分层模型尤其强调以服务为本的思想,各层次围绕用户服务、业务服务和数据服务，以服务请求的方式，通过事先定义好的接口进行通信。1.数字制造系统的设备建模数字制造系统的设备环境指的是，系统在整个制造(设计、加工、运输、销售)过程屮所需资源信息的

8、物理集合。它们是数字制造系统完成制造任务的载体，包括了制造设备、制造能力和系统组织结构等。在数字制造系统中，人、设备、制造单元、车间乃至制造企业，都可以看作是数字制造空间上的一个拓扑。他们通过数字网络进行通讯。问题在于，如何在整个拓扑空间实施调度和控制，以最短的时间满足预定质量为目标，实现