本文關(guān)鍵詞：可重構(gòu)制造系統(tǒng)構(gòu)形優(yōu)化設(shè)計與重構(gòu)點的多尺度預(yù)測分析

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【摘要】：當(dāng)今國際市場環(huán)境變化多端，顧客的需求越來越個性化、多樣化，而現(xiàn)有的制造系統(tǒng)基本上不具有可重構(gòu)性，難以適應(yīng)快速變化的市場需求。可重構(gòu)制造系統(tǒng)（Reconfigurable Manufactuirng System，RMS）的出現(xiàn)為解決這一問題提供了有效地途徑，它能通過構(gòu)形重排、更替、升級等手段適應(yīng)市場的變化，提高制造企業(yè)的響應(yīng)速度，并節(jié)約投資成本。研究和發(fā)展RMS相關(guān)理論和技術(shù)對制造企業(yè)在未來占領(lǐng)市場和充分利用資源具有重要的意義。 本文在分析RMS研究現(xiàn)狀和存在的問題的基礎(chǔ)上，對RMS的構(gòu)形技術(shù)進(jìn)行了研究。本文的主要工作如下： 1、總結(jié)RMS的相關(guān)研究成果，闡述RMS的基本概念，分析RMS的關(guān)鍵特征，并給出其實現(xiàn)的使能技術(shù)。詳細(xì)分析制造系統(tǒng)可重構(gòu)性的層次性。將RMS與先進(jìn)制造系統(tǒng)進(jìn)行比較，表明這些先進(jìn)制造系統(tǒng)是RMS在不同層次上的表現(xiàn)；將RMS與傳統(tǒng)制造系統(tǒng)比較，表明RMS具有各種優(yōu)越性。從機(jī)床、單元和車間角度闡述RMS的多尺度特性。 2、為使可重構(gòu)制造系統(tǒng)在全生命周期內(nèi)以最少的重構(gòu)次數(shù)適應(yīng)生產(chǎn)需求的波動，提出通過機(jī)床加工功能均衡分布策略實現(xiàn)可重構(gòu)制造系統(tǒng)構(gòu)形的優(yōu)化設(shè)計。該方法首先基于模塊化的主軸、刀具以及輸出加工質(zhì)量進(jìn)行分類，然后以工件在不同機(jī)床加工功能之間的綜合最短運(yùn)送距離為優(yōu)化目標(biāo)，建立一種改進(jìn)的遺傳算法實現(xiàn)構(gòu)形的優(yōu)化。在該算法中，采用精英策略增強(qiáng)算法的搜索效率，并設(shè)計一種優(yōu)秀基因池的方法保持種群的多樣性，增強(qiáng)全局搜索能力。 3、針對機(jī)床加工功能均衡分布的車間中，某一生產(chǎn)任務(wù)的可選制造系統(tǒng)構(gòu)形數(shù)量大而導(dǎo)致最優(yōu)構(gòu)形難以設(shè)計的問題，提出綜合相似性系數(shù)法和基于兩段鄰位對換生成鄰域的禁忌搜索算法相結(jié)合的構(gòu)形優(yōu)化設(shè)計方法。首先建立了以工件運(yùn)送距離和制造系統(tǒng)構(gòu)形包絡(luò)所有機(jī)床的矩形面積最小化為目標(biāo)的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，然后以加工功能相似性為基礎(chǔ)，綜合考慮加工時間、加工批量等因素，通過相似性系數(shù)法構(gòu)建工件族，并采用禁忌搜索算法求解數(shù)學(xué)優(yōu)化模型。禁忌搜索算法采用將具有相同加工功能的機(jī)床隨機(jī)排列和禁忌已被占用機(jī)床的方法生成初始可行解，通過兩段鄰位對換法保證生成鄰域的全連通性且能避免生成不可行解。 4、針對RMS全生命周期中重構(gòu)尺度與重構(gòu)時間難以選擇的問題，提出采用小波分析和自回歸模型相結(jié)合的方法進(jìn)行綜合預(yù)測。首先給出了RMS動態(tài)構(gòu)形性能的簡單表達(dá)方式，并進(jìn)一步采用小波分析的方法將構(gòu)形性能信號分解為能夠表征RMS中車間層、單元層、機(jī)床層構(gòu)形變化的信號，，然后利用自回歸預(yù)測模型分別對分解后的信號進(jìn)行建模，經(jīng)過定階、參數(shù)估計、建立預(yù)測遞推公式，分別準(zhǔn)確地得到未來k步的預(yù)測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠反映RMS在車間層、單元層、機(jī)床層的變化情況，根據(jù)各個尺度上構(gòu)形性能改善點，為企業(yè)在合適的時間點進(jìn)行合適尺度的重構(gòu)提供了合理的參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：可重構(gòu)制造系統(tǒng) 構(gòu)形優(yōu)化 多尺度分析 遺傳算法 禁忌搜索算法 小波分析
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP18;O174.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問題11-18
• 1.2.1 可重構(gòu)制造系統(tǒng)研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 可重構(gòu)制造系統(tǒng)構(gòu)形設(shè)計14-16
• 1.2.3 單元化構(gòu)形制造16-17
• 1.2.4 國內(nèi)外同類研究存在的問題17-18
• 1.3 課題來源與研究意義18-19
• 1.3.1 課題來源18
• 1.3.2 研究意義18-19
• 1.4 主要研究內(nèi)容19-22
• 第2章 可重構(gòu)制造系統(tǒng)理論研究22-33
• 2.1 引言22
• 2.2 可重構(gòu)制造系統(tǒng)22-25
• 2.2.1 RMS 的定義22-23
• 2.2.2 RMS 的關(guān)鍵特征23
• 2.2.3 RMS 實現(xiàn)的使能技術(shù)23-25
• 2.3 制造系統(tǒng)可重構(gòu)性的層次性25-27
• 2.4 RMS 與其它制造系統(tǒng)的比較27-30
• 2.4.1 RMS 與先進(jìn)制造系統(tǒng)的比較27-28
• 2.4.2 RMS 與傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的比較28-30
• 2.5 制造系統(tǒng)重構(gòu)的多尺度30-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第3章 基于遺傳算法的機(jī)床加工功能均衡分布設(shè)計33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 機(jī)床加工功能分類33-34
• 3.3 面向加工功能的均衡分布的數(shù)學(xué)模型34-37
• 3.4 基于遺傳算法的加工功能均衡分布37-40
• 3.4.1 編碼設(shè)計37
• 3.4.2 精英選擇策略和優(yōu)秀基因池設(shè)計37-38
• 3.4.3 遺傳算法流程38-40
• 3.5 實驗結(jié)果和分析40-44
• 3.6 本章小結(jié)44-45
• 第4章 面向加工功能均衡分布的 RMS 構(gòu)形優(yōu)化研究45-64
• 4.1 引言45
• 4.2 問題描述與數(shù)學(xué)模型45-48
• 4.2.1 問題描述45-47
• 4.2.2 數(shù)學(xué)模型47-48
• 4.3 基于多指標(biāo)的工件族生成方法48-50
• 4.4 基于加工功能的改進(jìn)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 基于加工功能的編碼與解碼51-53
• 4.4.3 基于兩段鄰位對換的鄰域結(jié)構(gòu)設(shè)計53-54
• 4.4.4 適應(yīng)度函數(shù)54
• 4.4.5 禁忌表54-55
• 4.4.6 特赦規(guī)則與停止規(guī)則55
• 4.4.7 算法流程55-57
• 4.5 實驗結(jié)果與分析57-63
• 4.6 本章小結(jié)63-64
• 第5章 基于小波分析的重構(gòu)時間與尺度的預(yù)測64-75
• 5.1 引言64
• 5.2 RMS 的多尺度構(gòu)形預(yù)測問題64-65
• 5.3 RMS 構(gòu)形的動態(tài)性能指標(biāo)65-66
• 5.4 RMS 小波分析及預(yù)測模型構(gòu)建66-70
• 5.4.1 RMS 的小波分析67-68
• 5.4.2 建立構(gòu)形性能信號的自回歸預(yù)測模型68-69
• 5.4.3 模型建立69-70
• 5.5 實驗分析70-74
• 5.6 本章小結(jié)74-75
• 第6章 總結(jié)與展望75-78
• 6.1 結(jié)論75-76
• 6.2 展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-86
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單86-87
• 致謝87

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本文編號：600681