离散型制造业MES若干关键技术及其应用研究

21世纪,我国要实现由“制造大国”向“制造强国”转变的目标,制造业必须实现由“生产规模能力”到“创新能力和快速响应能力”的重大转变,提升车间数字化制造执行能力已成为我国制造业发展的迫切需求。 为了提升企业的整体生产能力,必须解决产品工程设计信息、工艺信息,以及制造信息难以有效集成和及时反馈问题,实现车间制造执行层与设计层和管理层之间的实时、双向信息集成。论文在探讨产品物料清单的全生命周期管理模式的基础上,提出物料清单集成模型,建立了制造执行系统与计算机辅助设计系统双向互动的物料清单共享模型,实现车间制造执行层与设计层和管理层之间的实时、双向信息集成,满足了制造执行系统数据管理的准确性、一致性和共享性的管理目标。开发了原型系统,验证集成模式的有效性。 复杂信息环境下制造执行系统中设备需要采取有效的管理模式和方法。基于车间非常规的复杂动态信息环境,提出基于信息熵的设备管理复杂性描述方法和测度模型,并将测度模型应用于生产计划的可执行性分析。根据设备历史数据的采集和分析,利用统计建模原理,提出了面向调度设备事后维修时间分布的预测方法。考虑到零部件的工艺可替代性,采用最大树的模糊聚类方法,对设备加工能力相似性问题进行研究,解决了生产调度过程中设备可替代问题。通过实例研究,所提出的方法的实用性和有效性均得到了较好的验证。 生产单元是企业车间实际的生产调度的执行对象,为了突出生产调度技术的实用性,本文将生产调度的对象从设备上升为生产单元层次。将生产单元的调度归结为作业任务的分派问题,给出了一般条件下的作业分派调度算法。依据车间实际应用约束条件,提出虚拟生产单元和虚拟任务的概念,设计了生产单元与生产任务数量不匹配条件下的生产单元调度优化算法,克服了传统生产组织柔性不足的缺点,有效提高了设备的总效率。 制造资源重组能够将异地分布的车间资源整合起来,发挥各自车间的核心竞争力,是一种先进的管理技术。基于制造执行系统重构的本质是制造资源的重组和优化的分析,提出了MES资源重构的基本概念和特点;运用层次分析法原理,建立完全判断的MES单工序资源重组算法、可接受残缺判断的MES单工序资源重组算法、加权几何平均的MES多工序资源重组算法和加权算术平均的MES多工序资源重组算法,具体算例表明了算法的有效性。 作为面向车间的生产过程管理与实时信息系统,制造执行系统主要解决车间生产任务的执行问题,填补了上层生产计划与底层工业控制之间的鸿沟。制造执行系统通过对能流、物流、设备状态等进行实时监测与协调优化控制,达到快速响应制造及降低能耗的目标。