可重构制造系统构形优化设计与重构点的多尺度预测分析

发布时间：2017-07-31 19:12

  本文关键词：可重构制造系统构形优化设计与重构点的多尺度预测分析

  更多相关文章： 可重构制造系统 构形优化 多尺度分析 遗传算法 禁忌搜索算法 小波分析

【摘要】：当今国际市场环境变化多端，顾客的需求越来越个性化、多样化，而现有的制造系统基本上不具有可重构性，难以适应快速变化的市场需求。可重构制造系统（Reconfigurable Manufactuirng System，RMS）的出现为解决这一问题提供了有效地途径，它能通过构形重排、更替、升级等手段适应市场的变化，提高制造企业的响应速度，并节约投资成本。研究和发展RMS相关理论和技术对制造企业在未来占领市场和充分利用资源具有重要的意义。 本文在分析RMS研究现状和存在的问题的基础上，对RMS的构形技术进行了研究。本文的主要工作如下： 1、总结RMS的相关研究成果，阐述RMS的基本概念，分析RMS的关键特征，并给出其实现的使能技术。详细分析制造系统可重构性的层次性。将RMS与先进制造系统进行比较，表明这些先进制造系统是RMS在不同层次上的表现；将RMS与传统制造系统比较，表明RMS具有各种优越性。从机床、单元和车间角度阐述RMS的多尺度特性。 2、为使可重构制造系统在全生命周期内以最少的重构次数适应生产需求的波动，提出通过机床加工功能均衡分布策略实现可重构制造系统构形的优化设计。该方法首先基于模块化的主轴、刀具以及输出加工质量进行分类，然后以工件在不同机床加工功能之间的综合最短运送距离为优化目标，建立一种改进的遗传算法实现构形的优化。在该算法中，采用精英策略增强算法的搜索效率，并设计一种优秀基因池的方法保持种群的多样性，增强全局搜索能力。 3、针对机床加工功能均衡分布的车间中，某一生产任务的可选制造系统构形数量大而导致最优构形难以设计的问题，提出综合相似性系数法和基于两段邻位对换生成邻域的禁忌搜索算法相结合的构形优化设计方法。首先建立了以工件运送距离和制造系统构形包络所有机床的矩形面积最小化为目标的数学优化模型，然后以加工功能相似性为基础，综合考虑加工时间、加工批量等因素，通过相似性系数法构建工件族，并采用禁忌搜索算法求解数学优化模型。禁忌搜索算法采用将具有相同加工功能的机床随机排列和禁忌已被占用机床的方法生成初始可行解，通过两段邻位对换法保证生成邻域的全连通性且能避免生成不可行解。 4、针对RMS全生命周期中重构尺度与重构时间难以选择的问题，提出采用小波分析和自回归模型相结合的方法进行综合预测。首先给出了RMS动态构形性能的简单表达方式，并进一步采用小波分析的方法将构形性能信号分解为能够表征RMS中车间层、单元层、机床层构形变化的信号，，然后利用自回归预测模型分别对分解后的信号进行建模，经过定阶、参数估计、建立预测递推公式，分别准确地得到未来k步的预测数据，这些数据能够反映RMS在车间层、单元层、机床层的变化情况，根据各个尺度上构形性能改善点，为企业在合适的时间点进行合适尺度的重构提供了合理的参考依据。
【关键词】：可重构制造系统 构形优化 多尺度分析 遗传算法 禁忌搜索算法 小波分析
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP18;O174.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状及存在问题11-18
• 1.2.1 可重构制造系统研究现状11-14
• 1.2.2 可重构制造系统构形设计14-16
• 1.2.3 单元化构形制造16-17
• 1.2.4 国内外同类研究存在的问题17-18
• 1.3 课题来源与研究意义18-19
• 1.3.1 课题来源18
• 1.3.2 研究意义18-19
• 1.4 主要研究内容19-22
• 第2章 可重构制造系统理论研究22-33
• 2.1 引言22
• 2.2 可重构制造系统22-25
• 2.2.1 RMS 的定义22-23
• 2.2.2 RMS 的关键特征23
• 2.2.3 RMS 实现的使能技术23-25
• 2.3 制造系统可重构性的层次性25-27
• 2.4 RMS 与其它制造系统的比较27-30
• 2.4.1 RMS 与先进制造系统的比较27-28
• 2.4.2 RMS 与传统制造系统的比较28-30
• 2.5 制造系统重构的多尺度30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 基于遗传算法的机床加工功能均衡分布设计33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 机床加工功能分类33-34
• 3.3 面向加工功能的均衡分布的数学模型34-37
• 3.4 基于遗传算法的加工功能均衡分布37-40
• 3.4.1 编码设计37
• 3.4.2 精英选择策略和优秀基因池设计37-38
• 3.4.3 遗传算法流程38-40
• 3.5 实验结果和分析40-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 面向加工功能均衡分布的 RMS 构形优化研究45-64
• 4.1 引言45
• 4.2 问题描述与数学模型45-48
• 4.2.1 问题描述45-47
• 4.2.2 数学模型47-48
• 4.3 基于多指标的工件族生成方法48-50
• 4.4 基于加工功能的改进禁忌搜索算法50-57
• 4.4.1 禁忌搜索算法的原理50-51
• 4.4.2 基于加工功能的编码与解码51-53
• 4.4.3 基于两段邻位对换的邻域结构设计53-54
• 4.4.4 适应度函数54
• 4.4.5 禁忌表54-55
• 4.4.6 特赦规则与停止规则55
• 4.4.7 算法流程55-57
• 4.5 实验结果与分析57-63
• 4.6 本章小结63-64
• 第5章 基于小波分析的重构时间与尺度的预测64-75
• 5.1 引言64
• 5.2 RMS 的多尺度构形预测问题64-65
• 5.3 RMS 构形的动态性能指标65-66
• 5.4 RMS 小波分析及预测模型构建66-70
• 5.4.1 RMS 的小波分析67-68
• 5.4.2 建立构形性能信号的自回归预测模型68-69
• 5.4.3 模型建立69-70
• 5.5 实验分析70-74
• 5.6 本章小结74-75
• 第6章 总结与展望75-78
• 6.1 结论75-76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-86
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单86-87
• 致谢87

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 金哲;杨将新;楼洪梁;宋执环;;基于模糊评价的可重构制造系统生产计划制订方法[J];农业机械学报;2006年09期

2 楼少敏;模糊综合评判在可重构制造系统中的应用研究[J];组合机床与自动化加工技术;2002年04期

3 陈友玲;刘文科;严键;;基于RMC的可重构制造系统设备布局优化研究[J];计算机应用研究;2011年12期

4 ;[J];;年期

5 ;[J];;年期

6 ;[J];;年期

7 ;[J];;年期

8 ;[J];;年期

9 ;[J];;年期

10 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 陈勇;戴先中;;可重构制造系统的车间作业调度策略[A];江苏省自动化学会七届四次理事会暨2004学术年会青年学者论坛论文集[C];2004年

2 段广洪;唐晓强;林春深;;可重构并联装备[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年

3 姚振强;吴建华;刘刚;;可重构制造:模式、系统及关键技术[A];中国工程机械学会2003年年会论文集[C];2003年

4 梁福军;宁汝新;;可重构制造系统(RMS)构建原理[A];人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集[C];2004年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 辛言;未来机械工程科学发展趋势[N];中国建材报;2000年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 蔡宗琰;计算机辅助可重构制造系统设计的概念研究[D];西北工业大学;2002年

2 姜晓鹏;可重构制造系统性能综合评价研究[D];西北工业大学;2007年

3 齐继阳;可重构制造系统若干使能技术的研究[D];中国科学技术大学;2006年

4 楼洪梁;多零件族变批量可重构制造系统组态与组态路径设计[D];浙江大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张良伟;可重构制造系统重构方案的评价[D];南京理工大学;2009年

2 朋学琴;可重构制造系统的设施布局优化方法研究[D];重庆大学;2010年

3 黄辉祥;可重构制造系统的关键技术研究[D];兰州理工大学;2010年

4 黄志成;可重构制造系统性能评价的研究[D];浙江大学;2003年

5 金哲;基于运筹学的RMS系统级设计理论与方法[D];浙江大学;2004年

6 易湘斌;可重构制造系统若干关键技术研究[D];兰州理工大学;2008年

7 刘文科;可重构制造系统组态重构优化方法研究[D];重庆大学;2012年

8 陈彦飞;可重构制造系统设备布局规划技术研究[D];北京交通大学;2009年

9 李翠霞;面向可重构制造系统的零件工艺规划研究[D];西安理工大学;2009年

10 林亚福;可重构制造系统组态设计及其仿真[D];浙江大学;2006年

本文编号：600681