本文關鍵詞： 制造執(zhí)行系統(tǒng) Petri網(wǎng) 電子地圖 建模 調度 死鎖　出處：《西安電子科技大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：制造業(yè)是國民經(jīng)濟和社會進步的物質基礎,是國家向前發(fā)展的重要體現(xiàn)。而MES作為企業(yè)三層信息化模型的中間層,是位于上層計劃管理與底層過程控制之間,面向車間制造過程管理與控制的主流信息系統(tǒng),也已成為企業(yè)制造過程的典型現(xiàn)場信息集成系統(tǒng),但在面對現(xiàn)代制造模式下,MES應用環(huán)境日趨復雜,會存在設計不充分、可集成性弱、資源評估不足、重構能力差等方面的問題。以汽車供應鏈企業(yè)為對象,通過分析汽車產(chǎn)業(yè)鏈工藝特點和業(yè)務流程,研究建立一種包含需求分析層、工藝業(yè)務層、功能層、服務層以及展現(xiàn)層等五層結構的適于產(chǎn)業(yè)關聯(lián)制造模式的MES架構。通過Petri網(wǎng)對MES系統(tǒng)進行建模研究,分析MES的模型復雜度、模型節(jié)點特性以及網(wǎng)絡核心層等結構特性,利于MES開發(fā)難度和總體設計方案的定量描述、評價和MES系統(tǒng)的前期論證。同時對MES的Petri網(wǎng)物流配送模型進行了分析研究,并引入Dijkstra算法對最短路徑進行搜索調度研究。MES在全制造過程管控中,需要對資源、任務進行合理的分配,但需要共享與競爭有限的資源,會出現(xiàn)資源的循環(huán)等待,勢必產(chǎn)生死鎖[1]。所以,專門針對MES中的人工魚群算法、遺傳算法在無死鎖調度方面進行了深入研究,并提出了相應的改進方法。并針對MES管控制造過程中的動態(tài)緩沖區(qū)專門進行了基于銀行家算法的無死鎖調度研究,并提出一種基于混合算法的無死鎖調度研究。論文最后結合具體汽車工業(yè)園,實現(xiàn)一種實物對象屬性和電子地圖采樣點相映射的電子地圖組態(tài)結構,構建了一個基于企業(yè)電子地圖架構的MES的先進制造模擬工廠服務平臺,利用該平臺可以模擬汽車供應鏈上的任意產(chǎn)品的制造過程及MES構建。論文主要研究工作如下:1.以汽車供應鏈為對象,研究并建立一種包含需求分析層、工藝業(yè)務層、功能層、服務層以及展現(xiàn)層的五層結構MES架構,從廣域的角度建立起應用范圍相對較廣的MES系統(tǒng),從一定程度上解決MES產(chǎn)品化問題,從另一角度解決了MES批量使用問題。從而提升MES的通用性、可復制性、可配置性問題。建立并設計一種基于微軟ASP.NET MVC 4的WEB插件式系統(tǒng)架構,方便進行各種MES服務的加載和MES功能的增減。最終設計并實現(xiàn)一種基于企業(yè)電子地圖的基礎平臺,為MES提供基礎支撐和可配置組態(tài)功能。2.通過設計MES功能分解圖,建立MES的一種Petri網(wǎng)模型,根據(jù)Petri網(wǎng)理論知識,對MES的Petri網(wǎng)結構的模型復雜度、模型結點特性以及網(wǎng)絡核心層進行了深入分析和研究。通過分析看出,MES不是一個簡單的系統(tǒng)結構,從復雜度分析來看,優(yōu)化系統(tǒng)結構可以集中在優(yōu)化和簡化各位置間或各數(shù)據(jù)庫之間的互聯(lián)和互訪關系。通過模型結點特性分析,對于MES的一些關鍵功能結點和資源結點,在維護和調整過程中,應避免或減少相應的修改,以此來保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性不受影響。并建立了MES的核心層網(wǎng)絡模型,在MES模型的設計與測試實現(xiàn)的過程中,一定要首先保證這一級核心層網(wǎng)絡的可達與穩(wěn)固,才能確保有效、快速地設計出可靠的系統(tǒng)。3.分別從圖論和網(wǎng)論角度對MES的物流管理及調度方面的問題進行了專門研究。引入了Dijkstra算法對最短路徑進行搜索調度應用分析,并利用Petri網(wǎng)建立了單向路徑配送模式的Petri網(wǎng)模型和無向Petri網(wǎng)模型,為MES前期設計時提供足夠的理論和模型支撐。4.針對MES應用環(huán)境存在有限資源共享情況,將操作系統(tǒng)中的死鎖問題引入到MES車間調度問題中,從調度和控制著手,在Petri網(wǎng)和有向圖的基礎上建模,分別分析研究了人工魚群算法、遺傳算法、銀行家算法以及混合算法四種無死鎖調度解決方案,并提出了相應的改進措施,通過仿真和實驗對結果進行了驗證。論文通過上述工作,將MES設計和實施所要涉及到的架構、建模及死鎖調度問題進行了深入研究,可以更好地解決MES的通用性、復制性和可配置性等問題,為MES的應用提供非常重要的理論和實用價值,真正實現(xiàn)MES的產(chǎn)品化,更好地服務支撐供應鏈企業(yè)發(fā)展,促進產(chǎn)業(yè)轉型和升級。
[Abstract]:Manufacturing industry is the foundation of national economy and social progress, is an important embodiment of national development. And MES as the middle layer three layer model of enterprise informatization, is located in the upper plan management and process control, workshop manufacturing process management and control of the mainstream information system, has become a typical field enterprise information integrated system the manufacturing process, but in the face of modern manufacturing mode, MES application environment is becoming increasingly complex, there will be insufficient design, integration of the weak, lack of resource assessment, reconstruction ability and other aspects of the problem. In the automobile supply chain enterprises as the object, through the analysis of process characteristics of automobile industry chain and business process analysis layer a demand of technology, business layer, function layer, suitable for manufacturing industry association mode MES framework service layer and presentation layer five layer structure of MES system. Through the Petri network Modeling research, MES analysis of the complexity of the model, structure model and core network node characteristics, to quantitative MES development difficulty and the overall design description, evaluation and early demonstration of the MES system. At the same time Petri net logistics model of MES are studied, and Dijkstra algorithm is used to search the scheduling research.MES in the whole manufacturing process control in the shortest path, the need for resources, task allocation, but need to share and competition of limited resources, there will be a resource cycle of waiting, is bound to the deadlock in [1]., specifically for the artificial fish swarm algorithm MES, genetic algorithm is studied in the deadlock free scheduling, and puts forward the improvement method. And the dynamic buffer MES control in the manufacturing process of deadlock free scheduling research based on banker algorithm, and put forward a A deadlock free scheduling research based on hybrid algorithm. Finally, combined with the specific automobile industrial park, to achieve a real object attributes and map sampling point mapping map configuration structure, build a factory service platform for simulation of advanced manufacturing enterprise electronic map based on MES architecture, the platform can be any product manufacturing process simulation of the automotive supply chain and construction of MES. The main research work is as follows: 1. in the automotive supply chain as the object of study and establish a contains demand analysis layer, business process layer, function layer, service layer and presentation layer of the five layer structure of MES, built from the angle of wide area MES system application the relatively wide, to solve the problem of MES products from a certain extent, from another point of view to solve the problem. The use of MES mass so as to enhance the versatility of MES, can be copied, configurability. The establishment and design of a Microsoft ASP.NET MVC 4 based on the WEB plug-in system architecture, to facilitate various MES service loading and MES function change. Finally the design and implementation of a platform for enterprise based on electronic map, provide basic support and configuration function of.2. through the design of MES functional decomposition diagrams for MES, a the Petri net model of MES is built based on Petri net theory, Petri net structure of MES the complexity of the model, node model and the characteristics of the network core layer is studied and analyzed deeply. The analysis shows that the MES is not a simple system structure, from complexity analysis, optimize the system structure can focus on Optimization and you set the database or simplify the interconnection and mutual visits. Through model analysis for MES node characteristics, some key function nodes and resource nodes in the maintenance and adjustment process That should be avoided or reduced accordingly, in order to ensure the stability and reliability of the system is not affected. And the establishment of the core layer MES network model, in the process of design and test of MES model implementation, we must first ensure that the core layer of the network is to ensure the effective and stable. To quickly design a reliable.3. system were studied respectively, logistics management and scheduling for MES problems from the point of view of graph theory and network theory. It introduces the Dijkstra algorithm for scheduling application analysis to search the shortest path, and establishes the Petri net model of one-way path distribution model and model free to use Petri network Petri network for MES, the design stage and provide sufficient theoretical support.4. model for the MES environment there is a limited resource sharing, the operating system deadlock problem into the MES from the shop scheduling problem. Scheduling and control in the hands of Petri nets and directed graph on the basis of modeling, studied the artificial fish swarm algorithm, genetic algorithm, banker's algorithm and hybrid algorithm of the four deadlock free scheduling solution, and put forward the corresponding improvement measures, through simulation and experiment to verify the results. The paper by the above work the design and implementation of MES to be related to architecture, in-depth research on Modeling and deadlock free scheduling problems, can better solve the problem of the generic MES, replication and configuration, the application of MES provides a very important theoretical and practical value, the real implementation of MES products, better service support supply chain enterprise development, promote industrial restructuring and upgrading.

【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：F270.7;F426.471;TP301.1

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