支持快速扩散制造的制造资源配置技术研究

论文摘要

现代高技术战争突发性的特点要求军工制造企业能够解决有限制造能力与激增产品订单之间的矛盾，并在短时间内快速组织制造资源生产出大批量高技术武器装备。针对上述需求，本文在复杂零件异地协同制造过程分析的基础上，提出了制造资源配置平台的概念。制造资源配置平台从不同的生命阶段、不同的业务活动、多样的合作形式等角度对制造资源进行多维度的封装与描述，并据此实现了多维度制造资源的集成共享和发现选择，以支持符合军工制造业特点的网络化制造——武器装备快速扩散制造。本文以制造资源配置平台的构建为研究方向，重点研究制造资源配置平台的构建原理、实施方法以及关键技术，并结合工程实际应用对制造资源配置平台进行了进一步的验证。论文在理论与实践中的主要研究成果和特色介绍如下：(1)在分析国内外网络化制造研究成果的基础上，并结合武器装备快速变批量生产的需求，对武器装备快速扩散制造的概念和特征进行了介绍，同时给出满足快速扩散制造要求的制造资源内涵及其概念模型。为了达到短时间内快速组织制造资源进行生产的目标，本着利用外部资源、使用内部技术的原则，提出了面向快速扩散制造的制造资源配置平台解决思路，并提炼出制造资源配置平台的体系结构和若干关键技术，从而实现问题研究范围的界定。(2)针对国内外制造资源建模研究的不足，并结合军工制造业资源数据描述规范，提出快速扩散制造环境下多维度制造资源建模方法。通过应用视图维制造资源刻画各应用系统的资源模型，并利用生命周期维制造资源实现企业制造资源信息统一表达框架的构建。为了支持企业间不同层次的合作需求，将企业内部离散的个体制造资源封装成能够反映企业制造能力的聚合粒度维制造资源。最后为了解决企业资源能力语义表达问题，将语义Web技术引入其中，研究基于本体论的多维度制造资源建模和语义化描述方法。(3)以多维度制造资源建模和语义描述研究为基础，并针对快速扩散制造对制造资源集成与共享的工程需求，提出基于多维度制造资源本体的异构数据集成方法，即构建多维度制造资源本体，以生命周期维本体为纽带，向下与应用视图维本体建立映射关系实现企业内部制造资源的集成，向上与聚合粒度维本体相关联，以提供资源状态和能力信息，从而实现企业间制造资源有效共享。最后以××企业为例，详细介绍了应用视图维本体、生命周期维本体以及聚合粒度维本体的构建过程，以实现企业分布式多维度制造资源库的构建。(4)将制造资源发现与选择问题划分为三个阶段：制造资源发现、制造资源预选择以及制造资源选择。对于制造资源发现问题，首先对快速扩散制造任务建模方法进行了研究，并在制造任务与资源制造能力匹配度和语义相似度研究的基础上，设计了基于能力约束的制造资源快速发现的算法；对于制造资源预选择问题，在数学建模分析的基础上，构建了制造资源选择综合评价体系，并根据候选企业聚合粒度维制造资源本体中的状态、制造能力等方面信息，基于层次分析法和灰色关联数学模型较为精确地实现了扩散生产企业的预选择；对于制造资源选择这一复杂组合优化问题，综合考虑企业间物流成本，利用蚁群算法快速从预选择结果集中选择出扩散生产企业。(5)依托项目研究背景，基于J2EE软件技术架构，开发了支持武器装备快速扩散制造的制造资源配置平台，并以某关键零件快速扩散制造任务为例，将论文所研究的理论和方法进行了实例应用和验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 国内外相关研究现状
• 1.2.1 网络化制造理论与方法研究
• 1.2.2 制造资源建模技术研究
• 1.2.3 制造资源信息集成与共享技术研究
• 1.2.4 制造资源优化配置技术研究
• 1.3 论文主要研究内容
• 1.4 论文章节安排
• 第二章 支持快速扩散制造的制造资源配置平台研究
• 2.1 快速扩散制造的理论基础
• 2.1.1 快速扩散制造的概念和特征
• 2.1.2 快速扩散制造的支撑理论
• 2.1.3 快速扩散制造过程分析
• 2.2 支持快速扩散制造的制造资源配置平台的构建
• 2.2.1 面向快速扩散制造的制造资源内涵
• 2.2.2 制造资源配置平台体系结构
• 2.2.3 制造资源配置平台功能模型
• 2.3 制造资源配置平台实施的关键技术
• 2.3.1 制造资源建模技术
• 2.3.2 制造资源集成和共享技术
• 2.3.3 制造资源快速发现和选择技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 多维度制造资源建模
• 3.1 快速扩散制造环境下制造资源建模的特点
• 3.2 制造资源多维度分析
• 3.2.1 制造资源生命周期维分析
• 3.2.2 制造资源应用视图维分析
• 3.2.3 制造资源聚合粒度维分析
• 3.3 多维度制造资源网络化本体建模
• 3.3.1 多维度制造资源本体概念
• 3.3.2 多维度制造资源本体建模方法
• 3.3.3 基于OWL的多维度制造资源形式化描述
• 3.4 本章小结
• 第四章 多维度制造资源集成与共享技术
• 4.1 快速扩散制造环境下集成与共享问题的提出
• 4.2 多维度制造资源集成与共享过程分析
• 4.3 多维度制造资源集成与共享的实现
• 4.3.1 应用视图维制造资源本体的构建
• 4.3.2 生命周期维制造资源本体的构建
• 4.3.3 聚合粒度维制造资源本体的构建
• 4.4 本章小结
• 第五章 制造资源快速发现和选择技术
• 5.1 快速扩散制造任务建模
• 5.2 资源发现与选择的相关数学理论
• 5.2.1 层次分析法
• 5.2.2 灰色关联数学模型
• 5.2.3 蚁群优化算法原理
• 5.3 扩散生产企业的发现与选择
• 5.3.1 基于能力约束的扩散生产企业的发现
• 5.3.2 扩散生产企业选择评价体系的建立
• 5.3.3 基于灰色关联理论的扩散生产企业预选择
• 5.3.4 基于蚁群算法的扩散生产企业的选择
• 5.4 本章小节
• 第六章 制造资源配置平台的应用实例
• 6.1 制造资源配置平台运行环境
• 6.2 制造资源配置平台应用场景
• 6.3 制造资源配置平台运行实例
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 论文主要创新点
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间参与的科研工作
• 致谢
• 附录A 缩略词汇表
• 附录B 多维度制造资源OWL形式化详细描述