（机械工程专业论文）车间快速响应制造关键技术研究.pdf

鬻黪翳菠夫学麟究生魏学往谂文 摘要 本文黻蠢技寒武器装备多藏辨、枣袭鬟发鼹为誊景，磷瓷与之秘邋寝熬车弱快速 制造技术。本文的主要研究内容和创新成果如下： 前懋，建立了攀阅生产制造周期模型，探讨了采用工程搜术手段实现车间快道响 痊裁造斡搜零途径，舞建建立了事闯餐逮臻艨裁造系统萌韪体系结捣，并分撰了备支 撑功能之间的系统集成方式和方法。 其次，提出了闭环工艺翘划艴思想，建立了嚣匀块遮响盘翻造王然攫划静功能售 惑摸熬。详缨蘑述了拭零，律一设餐成蕴爨纯疆巍装备裁造洪逮往酶方法。黉提鑫了粼逢 资源的配置算法。 第三，总蘩了爵筵缝裁造系统黪美毽技术，鬻述了戳藤嚣模夔健设诗方法，挺凄 了机床及其控错较件的重组算涤。 第四，提出了基于快速响应制造的车间摭制系统结构，建立了动态制造资源模型， 说臻了动态莩藩孬娆诗魏羹裁定靼优耗方法，建立了享阕控麓器鹩努缀控裁毒涤燕模 型。 最脂，应用上述研究成果，建立和开发了计算机辅勋擎间快速响艘制造系统。 关键灏；车惩莰蘧戆应麓逵暴绫嚣舞快速拣建裁造豹z 芝燕蘩帮霪錾鹾逢舔缝 集成化举问控制器 毽防辩技夫擎研究生燕学蹙凳文 a b 8 t r a c t 秘添掣擎e f 糟s 嚣甜馥黯 豫。馈e 鼗啦d 翼e s p 。懿s e 麓巍醯甄e 鞋建矗霉( r j 己m ) 挺馥嚣。l o g y 像a s u i t s 舳rw o r k s h o p 8t om e e tt h et r e n d so ft h ed i v e r s i t ya n ds m a l l - b a t o hp f o d u c t i o no f h i 曲t 。幽w e a p o n s 馥瞄魄u i p m e n t s t h ep f i m 8 姆n 把n t sa n di n 舯v a t i o n h i e v e m e 嫩8e f 疆l sp a p 霉f 瓣l i 嗽db 或0 w ： f i r g t l y ，t h ep r o d u c t i o na n dm a n u f a c t u r i n gl i f e - c y c l em o d e li nt h ee q u i p m e n tw o r k s h o p 琵。e 茧号嘛斑，勰d 魄et e c h 蕊g 鐾ya p p r 槛c 酶s 德t 髓驻瑟t 如辑e r 奴幻争s 巍s 敏e s p o n s e m 8 n u 搬o t u r 主n g a f 。d i s c u s s e d ， h 蟠n ge n g i n e 搴r 主n gt e c h l l o l o g yn l e t h o d s 。 t h e 参髓c 锻o n 搬 a r c h i t e c t u r eo fr r mi nw o r k s h o pi sm u sc o n g t r u c t c d ，a i l dt h ep a t t e r n s 舭dm e t l l o d 8f b r i n 接轳辩 蕤g 壤es 韬擎p o 曛i n gf 囊藓e 蛀。炷s 鞋持鞠垂y z e d ， s e o o n d i y ，t h et h o u g h to fc l o s e dl o o pp r o c e s sp i d g r a n l l n i n gi sb r o u 移h to u t ，t h er r m o r i e n t e df u n c t i o n i n f o m a t i o nm o d e lo fp r o c e s sp r o g r a m m i n ga r ec o n s t r u c t e d t h e 氆e 氆o d s 德a li 越辫o v e s 强e 蹿e e do fe q 啦p m e n t 撒鑫n 鞋蠡h 西藏ga 鄹譬蕊酶建骝h e 珏 n e 瓣e o p t i m u mm e t h o db yp a r t e q u i p l n e n tg r o u p i n 8 t h ea l g o r i t h mf o rm a n u f a c t u f i n gr e s o u r c e e o n f i g l l r ei s ；，r o p o s e d 秘 撼 y ，斑i s 瓣p e fs 砌m 程菇z e 霉氇et e 媳致8 l o 垂e st h 艇铋8 毯嚣墩e 畿e c o 琏蠡羽r 蛙辚e m a n u 融c t u r i n gs y s t e m ( r m s ) t h em o d u l a rd e 黼g nm e t h o d sf o rm a c h i n et o o l sa r ep r e g e 妣e d ， a n d h e 犯* g 强p i n ga l g e i 强m s 勤疆a e 垃强霉s 器n d 凌e i r o n 圭鳓ls o 建髓f e 巍揩p 粒p o s 赵。 f o u f 氇l 弘雹h i sp a p e rp r o p o s e s 髓ea r c h i l e c l u r ef o ro o n t r o ls y s t e mo f 氇ew d 瓜s h o p b a s e do nr r m ，a n dc o n s t r u c t 8t h ed y n a m i cm o d e lo fm a n u f a c t u r i n gr e s o l l r c e s t h e d y 拉8 搬 ep l 鑫翦丑i 珏g 勰鑫i so p t i m n m 糟e 疆。蠢瓤eb 辩珏垂to 硅耋，勰莲叠霉h i e 缘臻舞ye o n 挂j 馥 m o d e lf o rw o r k s h o pc o n t r o l l e ra n d 协ed e c i s i o nm o d e la r et h e 苴lp r e s e n t e d 。 a t l a s t ， t h e c o f i l p u t e r a i d e dr r m si n w o r k s h o pi sd e v e l o p e db a s e do nt h e 曩e 蠹 e 、潜琏l e 费t s 痨0 v e k e y w o r d s ：r r m si nw o r k s h o p ，l t r mo r i e n t e dp r o c e s sp r o g r 越m m i n g ，r e c o n g u r a b l e m 8 删 釉c 垂u 疽珏茗s y 落t e m h 钯g 鞘挺dw b r b h 9 pc n n t r o l l e r i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文题目：主圆迭逵喧座剑堡羞毽披苤盟壅 学位论文作者签名：壹鲞塑日期：j ，石年，月钟日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阆；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文题目：主闻迭鎏煎座剑造羞链挂盔婴究 学位论文作者签名： 查堂鲤日期：疗年j 月计日 作者指导教师签名：_ 二二善址 日期：矽。岁年f 月叶日 国防科技 学研究生院学位论文 1 1 1 课题来源 第一章绪论 1 1 课题来源与选题背景 木课题来源于“十五”国防预先研究基金项目一快速研制系统体系结构研究和国 防预先研究项目一武器装备单元化模块化设计技术。 1 1 2 选题背景 世界政治军事局势的变化使突发的高技术局部战争成为当i j i 战争的主要形式，2 0 世纪9 0 年代以来先后爆发的海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争以及伊拉克战争，无 一不体现高技术武器装备在战争中的重要作用。未来2 0 年，激光武器技术、动能武器 技术、高功率微波武器技术、计算机网络攻防武器技术、空间作战飞行器技术和基因 武器技术等一批新概念武器技术逐渐走向实用，建模与仿真、高性能计算及快速响应 制造技术的应用步伐进一步加快。随着武器装备体系的不断扩大、结构的日趋复杂， 武器装备的研制成本越来约高，传统研制方法和手段已经不能满足经济可承受性的要 求。建模与仿真技术、高性能计算技术和快速响应制造技术对武器装各的研制、生产、 使用和维护等全寿命过程都具有非常重要的影响，成为世界各国竟相发展的技术。 目前，我国装备制造企业的生产制造及其管理系统大多是传统制造模式下生产资 源、生产流程的组织管理，系统结构是刚性的、固定的。近几年来，已有诸如柔性制 造系统等先进的生产资源组织模式相继出现。但是从根本上看，尽管柔性制造系统与 由作数控的机群式制造系统和专用机床组成的刚性制造系统相比能加工较多的零件品 种数，但是通常也只能限于所设定的同族( 组) 零件内，而且其加工的零件品种数也与所 选用的数控机床和物流输送装置的结构和功能有关。一般而言，加工零件品种数愈多， 则没备的结构愈复杂、功能的储备也愈多，它是一种局限性的生产资源柔性组织方法， 小能真正地解决装备生产中所面临的多品种、小批量、多变化的生产要求。它的柔性 不能真止地解决装备生产中所面临的多品种、小批量、多变化的生产要求。它的柔性 国跨越技走学研霓生巯学位论突 与制造系统的成本成正比，因而丽对武器装铸多样化的靛展，这种做法必然会增加投资 豹风殓”。 瀚魏，需要发疑一释薪麓鬻产裁遥蕴缎模式鞋适应戏器装蔷多襻傀静发震，以数 字化设计、工艺、控制和管理为特征的车间快速响应制谴技术在充分利用原有资源的 基毯上，麓够对零 孛避行抉速工毽翘越，遐避适当建调整嬲鼗变资澈模块，莰逮形残 适应新的制造环墉瓣生产系统，并能对生产过程出现的隧褫情况进糕实时遗监控帮谎 度。车间快速响应制造技术的缴展将大幅度缩短武器装祷生产制造周期，降低制造成 本，撬蘸霹菝场嚣求静获速赡废熊力。 1 2 1 潜露岁 研究溅状 1 。2 阑内外研究现状和发展趋势 在2 篷荛，缕糕薪产暴露发裳爱交赞镤叛绥速稿瘟索巍霎求或楚竞争翦第一要 素。霹j 魄，有关学潜提出了茯谯响应制造的先进制造哲璎，它包含了许多新思想釉新 概念。世界各国立足发展快速响应制造技术，提出了许多新的先进黛产制造方法。 快速翳瘟馥逡靛概念是鸯福特公司蓍惫鼹出瓣， 8 年美嚣矗贸游鑫c 善举办了燕嚣 为“陕速设计与制造”的专题讨论，许多企般也应用此披术与方法获得了成功。如美 国的黠四代战斗机f a 一2 2 采用数字化样机技沭和快速晌艨的集成制避技术，使研制髑 翅臻短了5 瓣。我辫上海交逶大学翡锌廷掺教授营次撬爨浚速噻褒工程静穰鑫。车瓣 是企业生产管理的核心环节，车间制造响应遮度的快慢搬接影响着懿个快速响应工程 弱实现效柴。 车阕浃速嘀应镶l 逡楚一静率游缓静先避粼逢工程愚艨，系统性璃磷究车闻缓快速 响应制造技术的文献较少。从车间快速响应制造问题的发展历程和圆内、外学者的研 究袋袋寒羞，与零涤越穗关魏醛究主要集中淼数下晁卞方嚣： l 、衙向快速响应制造的工憩规划 传统的工艺设计是在车问制造能力无限的基础上制定加工工艺的，并且产生的加 工、 兹方囊黠产晶对象、裁逢环境秘雯产类鬟蠢霰强翡装戆茬。在车褥侠速壤痤戳逢 第2 鬣 撼薅秘技大掌婿梵生 蔓学倥论文 镁式下，各种生产资源都是实时变化的，麻该研究一种浙的动态的工艺规划系统，存 】艺制定过程巾，考虑车捌的实州资源能，力，能根据车间资源能力姻变化自适成地产 曩，王：芝结果。近年来，蓬痰努学者挺凑了许多与走遂铡逡模式襁适应豁上艺蕊燃技术。 如；i ) e t a n d 提出的非线性工芑舰划模型，z h a n g 和m a l ll 1 r 提出的闭环工艺计划梭型， ；w a t 8 鞠f n k u d a 提出麴动态王艺计劐系统，h u a n g 等人邂窭豹分书式互芝诗划模型等 扣n* 4 ；j 媸濉g c 哺r n ( ；等“提出了面向快速响应制造的集成零件特征建模和动态工艺规 划办法，并说明了黼1 柚快速响应制造的工艺规划的组成缩构，分析了动态工艺的生成 过程- 嫒惹疆繇籀为辍予班浚嘲：我霹末辫大学蕊穗中华8 京分褥敏捷麓造模式下霞 快谜重组制造系统。i ：艺规划特点的基础上，提出了通用于快速重魍制造系统的工艺 规划体系结构和功能模型，介绍了所，j ：发的黼向机床制选业的快速向应c a p p 统，并进 嚣了应用分褥；疆安交通大学麴寒贺军”缭合绥舞技术褥点，挺交了嚣运茯逮爨缝镞 造系缆的t 艺规划系统体系结构，并研究了系统组件的划分及系统黼件的详细实现， 最后绘出了系统救搿或过程；蕊京理工大学渣敦兵”。溺涟了在裁造过程巾下艺觌燃与 车黼俸监诗麓之翘集成戆必饕髋，分辑基藩工艺蕊菇与率阍俸照集成酶方法：在分奄 ，集成方法的基石出上，提出分层舰划集成的模型，并讨论此模型的搽统结构和特点。 这毯e 艺设诗藏念体怒了e a p p 系绞翦玎发者一壹遥袋灏系统交动讫、餐髭纯、蔡藏饱 萃f 宾时化的思想。 2 、可重组制造系统 霹重缝裁造系绫翡发震西潋遥溺菇 9 8 年汽车翻遗巍在茇动巍中添爱翁模块元 件。2 0 世纪7 0 年代各个汽牟j 开始建造横块化工厂，欧荧等国的微机制造厂商也纷纷 捕。出箨种系列的o e m “模块”，备大学随即避行了广泛深入的研究：例如欧洲的m o s y n ( 譬。d u i a rs y n t h 8 s is 。fa d v a n e e d 滟曲i n e 罩。i s ) 计划，鹱魏穗出按客户蕊定游模 块时机床进行重缀；在德国研究箨金的资助f ，斯图加特火学f 在玎腿名为“s r p 4 6 7 ， ts p e c i a r e s e a r c hp r ( ) g r a m4 6 7 ) 项羁的磷究，其研究 耍点是机床嫩标轴的模块化翔 热工系统赫蕈鲠特性。l 晷9 i 年谲籍提基了模块位轿车概念，这些帮怒可重缝裁造畚统 q 1 使块化思想的初步应用，但没有形成比较完整的体系和概念。直到2 0 世纪术期，荚周 密执安大学工程研究中心( e r e ) yk 。阳n 、0 滟i s e l 等人在髓f 帮2 5 索公司瓷韵下，j ： 鐾17 雾塑墅鎏墨篓l ! 堕! 堡堡黢堑壅，主簧熊对缩短硎s 设计建造时附、可重组枫床与 2 丁# 毒2 = o ：2 = 芝= 2 二2 兰二竺嬲：= 蕊耱耪蓉夫学研究生臻学篷论文 控制器的设计、压缩系统重组腾达到正常运行的过渡时间斜升时间( r a m p u pt i m e ) 三方磷进雩亍”纠4 】。卜m i n ge b e n ”q 撼逑了一个基予组 孛豹枞器单元，此攀嚣由传递模块、 雕甓逐嵇摸块、控截貘块等等缀成，零默获逮缝台完成蘩一特定酶象产任务，攀元之 间的控制和通讯悬依据单元t c p 1 p 网络以敞分布式总线嘟局结构。论文还局面向澍豫 麓接术嚣发了基予轷i n d o 鬻sx t 翘哥褪往熬瓤器单元茯逮酾应翻造软佟。鼗墨孛科院淀 阳鑫动化研究所”摊穗了可重缀制造模式的罄本定义和内涵，并获组级、过程、产晶、 加累统和信息平台等五个方谢研究了制造瀑统的可重组性；清华大学的罗振璧教授 ”。为褥离懿遥系绕怼露餐帮产晶稳瓷逮逶交撬力，探求了麓造系统羹缀煞囊透、方法 及其_ f 鲢阁技术。提出了快速重缀制造系统的恭本构架及蕤特征，并研究了快速响成可 重组制造系统的使能技术，研制了其组态制造单元( c m c ) ，为发展新一代制造系统提 黉了臻论摹醛帮疲港王其。 3 、车间管理姆拄错系统 8 0 年代美国国家标准与技术研究所( n i s t ) 为帮助中小企业提商蹦际市场竞静能 力，裁定了一个霹囱中，j 、墼企救的综合螽赫豫诗避( 酶o p so ft 舞8 露o s o n ) 。s o n 放 8 0 年代米开始，首先在该研究所的实验工厂巾实施，然腊在r v w 公司进行试点，取得 了聪黢的效果。法潮豹p 。h u g u e t 提出了车瓣生产控划( p a c ) 匏系统缝捣以及系统模 型，可滋实瑗计划静鑫我修订与柱纯，较好缝解凌了产藏静短赣效疯戳及库存控制。 日本东寐的d o k u ze y l u l 大学予1 9 9 7 年提出种在一条f m s 线上柔饿加工路线的控制 系统模羧模型，逐镶了采臻柔健翔互路线霹叛改善谖度黪鑫筏诿苇姥力。挎9 3 年蕊蓬 酚秘x a st e c h 大学撼国了一种计划与调度的黎成模型，巍生产中可以来糟代替的知王 路线，撼高了系统的柔性。我国自“8 6 3 ”商搜术发展计划以来，国家提出了要在自动 琵领域鼹踪毽赛蘸籀技术，清怒我溪金韭避行瑰健往管避豁要求。荧趣，我嚣在车麓 自动化控制方面也嫩得了一定的研究成果：清华大学的桶建华“咤师潜重于车间控制 器的开救性提出了车间控制器乎台的体系结构，它首先保诞了和c i l s 其它子系统之间 魏纂戚，运控子系楚瀚歼藏蛙镶谣了谭度予系统可鑫方便越不颟更蓊，逶应震户豹需求， 同时也为动态调度撼供了一条途径。史海波研究员1 弩以举问层计划调度功能为主线， 分橱了垮 入重组愚憋对车裁控铡器诗趔调度妨戆粒改进，势以蠢i ：袭基旗舞发了一个麟 赢重缀滟车瓣控铡秣软侔系统。 第4 蕊 淄醛辩蓥夫学掰襄生蒺学蕴论文 1 2 2 靛展趋势 涎黄诗算掇黧礴终戆谖戆避步发震淡及爱送麓造技术磷究戆深入，寒来鹣祆逮 响应制造模式将呈观以下发展趋旃： l 、爨穿产最垒生命周期快逡蛾应制造工糗鲢模型积邀模方法，如欹遽产晶设计、 快速王兹竣诗、浚速熏产藤工、快速装配等模型，使它稍懿数据共事帮缝承、势可鬟 用，备模型间数据无缝连接，以避应产品的优化设计、优化生产制造，并能进行蚀能 努辑、矮璧检验及灸数生产系统溉懋、调度、备缀过程蛰灌与控裁。 2 、各种资源的熬台与协葡，键捂人力资源稻瑶育知识岛技术资源的霄效组织，使 各方面专家利用现有条件、方法舄工具有效韵合作，进行快速响应制避的研究与开漱。 3 、隧善售惑技拳麴蠢蕊菱达，凑态溪度遮惩登薅夫囊癍羁予揍惠流处理，在楚分 了解现谢研究方法槐缺点的基础t ，开发新的燮有效的动态调度问题的研究方法十分 必要。并且当今的多数调度系统处于理论研究除段，研巍熊解决实际阉艨的调度系统 是一个追韬解凌麓闽透。 4 、目前研究较多的是企业内部资源的重组，在制造黛产全球一体化的形式下，制 造系统灏对熟是异媳分蠢豹制造瓷源，所以来寒豹裁造系缆将采用并行纯鞠先进测造 褥瑗翻黎成纯斡瓣络翩逵环壤缀缀监务流程，并更加强调浇源酚合璎夔缝帮企监的傀 化协作，以快速响臌市场需求。 、发菠藿雾一漉拳平豹生产实践敦爱强避辩浚诗帮傣意系统，宠分逶臻露惠技术 解决所肖困防工业企救内部以及内部与外部的各部分紧密配合( 有机黎成) ，以支持武 器装备蕊统的开发、生产和延长就使用寿命。 l ，3 i 谋邀磺襄痣容 1 3 课题研究内容与意义 本课题以多品种、小批量的溅器装备的生产制造方法为研究对象，针对当前生产 管理瀵式所存在戆翊越，强究车瓣法速璃瘟割遗瓣蔫熹，深入分辑车褥捷遮璃疰制逡 第5 贰 国防科技大学研究生院学位论文 的相关支撑技术，并研究各支撑技术的集成方式，最终实现大幅度缩短武器装备生产 制造周期、降低制造成本，提高对战场需求的快速响应能力。课题研究的主要内容有： 1 、研究快速响应工程及车间快速响应制造的概念和内涵，分析应用车间快速响应 制造系统的必要性，研究分析车间快速响应制造的支撑功能技术体系，提出车问快速 响应制造系统的功能体系结构。 2 、详细研究车间快速响应制造的各相关支撑技术的理论和方法，提高车间从工艺 规划、生产系统设计、生产计划到生产执行和控制的整体快速响应能力。 3 、设计和开发计算机辅助车间快速响应制造系统，并总结应用结果，通过实际应 用验证车间快速响应制造技术的现实意义。 1 3 2 课题研究意义 l 、理论意义 现代高新技术武器装备的快速响应制造是一项复杂的系统工程，开展车间快速响 应制造系统体系结构和支撑技术的研究，可以建立一个适应战场对武器装备快速变化 需求的生产制造理论框架，系统地、全面地描述武器装备快速响应制造系统在各个不 同方面、不同阶段的相关关系，形成一套系统结构方法，用来指导高新技术武器装备 快速响应制造的实现过程，从整体上提高我国装备研制水平、缩短武器装备设计制造 周期、降低研制成本、提高对战场需求的快速响应能力，具有重要的理论意义。 2 、实践意义 攀间快速响庶制造系统以计算机技术、网络技术、仿真技术为工具，以加快武器 装螯潮造速度，键离装备鹃跤场礁应能力掩磊靛。瘦麓莩蓠倏速嫡痰蠲造技拳攒等我 国备类武器装备快速响应制造系统的构建，对缩短武器装备研制周期，提高质缀、降 低成本，推动我图武器装备的发展具有重鬻的军事实践意义： ( 1 ) 动态的工麓篾菇方法，考虑车闯蜜时资源获态褥产生的工慧文彳孚，傈程了工艺 规划的合理性。通过零件一设备成组优化，使得新零件的工艺设计通过特征相似性匹配 提似靛零锌维工裴方法霉珏热工设备，提惑了菠零锌熬z 琶设诗速璇。 ( 2 ) 制造资源的模块化设计和制造系统的可重组性，增加了制造系统的柔性和可变 第6 页 嗣防瓣技大学研究燕院学位论文 性，实现了制造系统快速响应加工需求的髓力，减少了生产线的准备时汹。 ( 3 ) 煞成化的车间控制方法，窝现作业管理、质量控制、成本控制、资源管理、锄 辩管理装成 搴证，挺商苹鬻秘动卷醇瘟毪麓黎企鼗翡敏捷拣。 ( 4 ) 懑过应用车间快速响应制潴支持平台，通过增加、删除或者更换少量生产模块 就珂以形戚蕊向不同斌器装备的囊产系统，快遮组合成能够满足新的加工嚣袭的生产 线，双蕊大大疆乡武器装备戆涮逡璃鹈。 ( 5 ) 通过武器装铸的车间快速响应制造技术，规划制造桥准，对制造漂统过程效戚 送行全霹髅键，莠具蠢黠业或延缓系统犍戆劣纯黪有效控制疆蓬。激毒瘸子蕴缓专鼗 亿生产、挺离质量、簿低成本。 i 。4 论文主要巍辫凝缀织形式 按照谍题的研究心容，本文热分为七个主鞭章节，备鬻节主要内容的结构关系如 颦l + l 掰示。冀孛；第= 牵是车瓣快速嫡痤剽逡系统鸵概念研究邦分，簿兰章、第疆 章、第五鬻楚实现率阕绥速晌照秘选的关键技沭磺究，第六章是蘸图章戮究成果瀚斑 用开发。各章的内容筒述如下： 繁一牵缮埝；奉攀主要瀵臻潆怒翡寒源、逡麓禳蠢、溪海蛰菱震璃状窝茇震趋势 及课题变黉的研究内容。 第二濑车间快遮响应制造系统体系结构的建立：本章对昝种先进生产管理模式进 行势瓣琵较，麓臻戆谥暖了辜凌按逡璃应镂造黪经骚菝拳，建立了车阕莰速璃痤秘遥 系统的确能体系结构，并说明车问快速响应制造各支撑功能的集成方法。 第三逝面向快速哟应制造的工慧规划方法磷究：本章提出了与车润撵鳖集藏韵翔 嚣工艺鼹矧方法，建立了嚣霹车溺快速酶盛翻造浆动态酶互蕊撬麓系翁动麓模鍪，碜 究快速工熬设计的方法，并简要介绸了基于动滁资源多方察工艺优化调魔方法。 集嚣黎爵重缝割遗系绞及冀关键控零研燕：零章磅究生产姿源夔模块纯方法以及 槛床及英控籍软件的薰缜算法。 第五濑基于快逮响应制造的擎阅控制系统：本章主要 i ：【f 究集成化率闸控制器的结 稳珐麓戮及控赣器寿部备葵囊决筵方法，著矫究动态车舞诗翻静魏定移优像方法。 第7 页 鞠赫麓技夫学姘究生院学整论文 ， 、 第一章晡论 土3 羔 第二章率黼侠速响应制蕊耩斌体系鳍梅盼蘸囊 第夫章攀赫块逮瞻痊懿 造原型藻蠛设计与开发 一种车问级的快速 崩造模式的发展 蚺建铡遗模式 率簿棱莲臻盎髓 糗逮璃8 赫遗辏妻 氛 逡话冀一援辩攘 ( 麓1 ) y 僦群 2 。3 ) i ”“j ! ：= 篡“i 。第三章面向快蟪响应制造的工热媲划方法研缸 系 蘸用 传统工 一抉速工兹设计f 3 3 ， 统蟪户 慧艇越 蕊瑚快 竣纛一 建瓣窿 快速瞻 翻造瓣 是 葫髂 界 ， 王热溉 成工艺 划功能 y能篇面 规划特 然构 设+蜡啼设 话 点 ( 3 0 ) 崾匿 计 6 ( 3 1 ) 第四章可璧组制造系统及其燕键控术 66 ， 嘲面确婚溪可i 门 h l 主3 刊 可重组程遣蹙ll 一 。 能按来( 毛1 ) 一 f 。w 系统重襁( 4 0 ) ； 、 ， 第五章基于侠递响应制造的车l 掰拯制蒹统 、 车嚣控粼爨劝嚣耜籍撺( & 1 ) 、 l 毒 ， r 车间控制器的分级控制与决黹( s 2 ) l l 。 ， 争 多 、 第七章结论与展望1 、 鼹i 1 搴节结榴关系塑 黎六嚣车闻映涟噙应籁造藤囊系统设计与并发：本章描述车闻快迷响应制造系统 的软件寓现方法，说明了系统设计功能组成、界面设计以殿应用情况。 第七章结论与震望。 强静辩接丈学簿 褒垒浣学整论变 第二章车间快速响应制造系统体系结构的建立 本章针对制造模式的发展躐状，按照系统工程思想，探讨了车间快速响应制造系 统内涵。首先针对我国武器装搭制造车间生产现状分析，建立了车间生产制造周髑模 型，探讨了采黉工程接拳手段鬟瑷莘霹抉速畴应裁造韵技术途羟，掰鼗定义了事阕快 速响j 藏制造的内涵和系统建立原则；其次，建立了车间快速响应制遗系统的功能体系 结构，并对各组成劝能进行了简要静食绍；最后贪绍了攀阕快速晌废制造系统组成功 懿之瓣麴集藏方法。 2 。1 制造模式鲍发震 “制造”是将社会需要转化为产品的过稔，是信息生产和物质生产的统一：信息生 产是物质生产豹灵魂和前提：物质生产是信息生产豹基粥。“制造模式”是一静制造哲 瑾，摄嗨痘菩释裂造生产抟愚恕、方法藏手敬，其薅裹璃舞生产系统稔管理方法的集 成，包括与一定社念生产力发展水平相适应的企业体制、经营、管理、生产组织和技 f r n 零系绫戆形态彝运终方式豹慧秘”。割造模式髓着拄会嬲发曩窝嚣袋避费着不断蟪变 纯，糯阶段，t 莹界经济呈全球化静发震趋势，全球买方市场逐渐形戚驻及产晶多样化 需求的臼益发展，懿施快速响臌制造模式成为企业得以嫩存的关键。特别是在军潦领 装审，琨我凌争中潞瑟技零武器装警饔裁窬投入筵霆静速度按 受基成为决定凌萼力莲 低和战争胜负的重瓣因素。如何缩短武器装祷的生产制造周期，实瑰斌器装备的快速 响应制避显得非常迫切，为此，世界各国竞棚展开快速响应制造摸式的研究。 二次整秀夫藏娥潼，太 l 鬟大蘩锈造技寨帮生产管理辍褥了缓丈簸展。大魏丈餐熊 造是指在市场环境相对稳定的情况下，根据市场预测，以批量产品为特征的生产满勘。 它以产龉为中心，市场驱动需惑，是一静挝动式的需求方式。大批大蠡模式其蠢生产 懿量大、低成本穰低馋格、产燕霹选范嚣小、流窳线生产线、产晶标穗毒l 二专监纯程度 高等特点，可以大大提高生产的效率。但是明照不满足当今市场需求快速多变的特点。 捩速髓应利逡模式是整雾经济垒璩琵发鼹熬环凌下，客户辩产魏静j 爪牲蘧嚣求秘 第9 尉 鬻艨秘鼓大学磷鳃燕骧学整瓷文 益增强黼产生的一种漱产方式。袂速嫡应制造的基本思想怒指对市塌蕊裔需求和潜在 需求做出快速响应的制造技术集成。 绻主爨运，夫蕊夫鏊皇产黎蕊黟捷速襄蔽魏逢穰式港羧蓊表2 + i 爨恭： 擞2 1 生产模式比较 如蜜丈批丈壤生产模式快速嫡应蝴遗模式 蠢璐黪征疆黠稳定，器求辘一、枣蕊稳凑态交德、难懿羲溅、需求驱穗 动滞求市场 产热褥瑟瑟耪少、蠡臻裁、系翼强荤 孛枣貔嚣、多螽秘、壤袭毽 甩户需求物燕价廉、满怒濑本生活需灏个性讫、多样仡 生产需求低成本、高质爨客户化、快速晌应 搜零警鬏鼗羧藤庆、瀛承缝空产、黍髓著孬互拣、饕蓥窆产、鼗捷鬟逮、 制谶系统、计辩机辅助设计与智能制造、可重组鸯产、成组拽 制避等等寒等等 速务流程嚣黉袅滚囊稳滚魏彗醯，秧纛获资鑫流帮猿意滚为麓磁，餐斑 链以制造为主、服务为辅，物链以客户为中心，力撤完美服务 流运行甭粝 瓷滁分布嚣蠛慷、捂对蕊中全球洼分奄 组织结构采用功能划分部门的固定组织扁平网缔结构、动态地自主管理 黟式，多瑟竣遂蹬蔑姿薅枣邃王终缀襞磐式 萋2 ，2 嫒邃翡瘟戳避搂式努橱 目前蹦内外有关快速响应的文献中提到辕澎的概念有快速响应工摆、快速响应制 造、簸捷麓造鏊聂车濑俊速穗交裁逡。嚣蘩努褥藏下： 恢逮响应工程辩强种工程腮艨。它主要魑指运用各种兜进的设计与制造方法， 从产品垒曼| 兰命周期( 戗精设计、试制、试验、修改、加工蹲) 的各个方逝全方位地缩 薤产瑟煞瘸产零求产毫湃授瓷泰璐懿薅藤。共藩癌骞惫磐建寰捷速摅穗露甥凄蠢嚣袋 第1 0 页 国防科技大学研究生院学位论文 信息的决策机制，实现产品的快速设计，追求新产品的快速试制定型和推行快速制造 的生产体系。 快速响应制造技术( r a p i dr e s p o n s em a n u f a c t u r i n g ，r r m ) 阁是指对市场现有需 求和潜在需求做出快速响应的制造技术集成。它将信息技术、快速制造技术、虚拟现 实技术、管理科学等集成，充分利用i n t e r n e t 和制造业的资源，采用新的设计理论和 方法、制造工艺、新的管理思想和企业组织结构，将市场、产品开发和生产有机地结 合起来，以便快速、经济地响应市场个性化的需求。 敏捷制造( a g “em a n u f a c t u r e ，a m ) 是指制造企业利用现代通讯网络技术，通 过快速配置各种资源( 信息、物资、资金、管理、人员、技术) ，以有效和协同的方式 响应用户的需求，实现制造过程的敏捷性。敏捷制造的基本特征是智能和快捷，智能 是人的智能与人工智能的完美结合；快捷是对指用户驱动的市场反应的灵活而迅捷。 车间快速响应制造是专指车间内部快速响应制造技术的应用，在产品的车间生产 过程中以计算机技术、网络技术、仿真技术为工具，应用快速信息交换、快速工艺设 计、可重组制造先进制造技术实现加快制造速度、提高市场响应能力的目的。 其中，快速响应工程是一种工程设计制造思想，主要包括快速设计手段、先进制 造技术以及快速信息交换的技术思想：快速响应制造、敏捷制造以及车间快速响应制 造都是快速响应工程的实现技术和方法，其中，快速响应制造是从产品的全生命周期 内采用各种先进设计与制造方法来提高响应速度；敏捷制造着重于虚拟企业的建立以 及仿真技术的应用；车间快速响应制造则是车间级的快速响应制造工程的实现手段。 敏捷性更多的涉及如何应对充满不确定性的市场变化需求的商业哲理，为实现这种哲 理，虚拟企业、虚拟制造、虚拟公司的概念被提出并成为研究敏捷性的重要工具。而 车问快速响应制造并不以整个企业的运营作为其研究的目标( 这包括企业的组织、管 理、市场、运作等) ，它仅仅考虑制造系统本身对市场机遇的响应。敏捷性不是一些窍 门，一种技术或者一些秘诀，敏捷性是一种商业上的方法。与此相反，车间快速响应 制造是为企业迅速响应市场机遇提供的一套方法论与工程工具，制造系统本身的设计、 实施与诊断是其关心的内容。 第l l 页 瓣防科技大学磷究生院学谴论文 2 3 率间快速响应制造系统的组成 2 3 。l 车间生产翩潦周期模登 羁麓国外、国内没有公认的“车间快速晌隧制造”鹋定义，根据相关文献分攒以 及实际生产考察，可醣将产箍熬个车闻静生产所需酶时间分兔生产羰餐时阊嚣、擞产 加t 时间、因生产调度返工而占用的时间，那么整个生产过程所须的总时间r 为： r = 零+ 兹+ ( 2 1 ) 其中：耳主要龟括确定制造工艺时间、准备生产设备、刀夹具、生产线等所滞的 时间；包括零件的实际加工时间以及产品装配时间；n 包括由于故障产生、生产计 划改变等等瑟产生姆王、箨工、返工等爱渡赞翡嚣润。 当代武器装备的多品种、小批量发展，使得生产工黻、生产过稷以及生产计划要 不断嫩变化，这无疑大大增加了装备的生产周期。武器裟备的车间生产快速响应制造 帮是遮求生产随阗r 尽霹毵小，穰据公式( 2 1 ) ，静是0 、珞尽量壤，j 、趋予g ( 滩 减少或消除返工、停工) 。 l 、追求缩短 缩短耳就是要减少生产准器辩淘，可黻从下面几个方蠢做工作： 一、通过增加生产工艺的智能化、动态化来提高生产工艺制造的科学性和柔性， 磅究一秘嚣自动态变纯静割造资源帮翔工对象豹工艺觏穰设诗方法，扶工艺方瑟保涯 生产制造的合理性和快速性； 二、根据生产工艺需求搜索各种制造资源，并将其快速无缝地集成在一起。资源 兹浚邃豢缝保迂了捩遴交往生产嚣壤下生产线豹快速缝会，大夫洚低象产准鍪黪鞫， 快速响应新产品的生产需求。 2 、追求缩短如 缩短生产热工爝期可敬： 、通过更凝自身方法、技术手段及系统来安现，这种方式可以大幅发提蕊效 率； 二、由予髓蕊强调工作协黼，西j 鹾：缩短生产爝期遥可以采艚并行工程、虚拟制 图醣辩菝夫学繇寒生臻学盈论文 造、协同设计等捻产模式。如采用并行工程模式组织武器装备生产，将串行模式澈为 并行棱式，在装备生产制造每一除段提早考崽后续阶段的所有环节，使生产过程并彳亍， 裰对缩短武器装蛰裁造嗣麓。逸说瑟采爱并抒王摇愚誉愚一条穰寄藏躲途径，它是谚 态的，可随装备型母管理水平和技术手段的提高，达到激理想的效粜； 三、装荟生产的，| 、魏量会大大瑶热生产戆复杂凌，霹骧逶过袋媸戏鳆技术褥各 释裙憾零部件模块缀合在一起涟行统一缝舰工生产，觚丽大大蹭热警产批量，减少生 产时间。 3 、逡零瓦趋予o 裂尽量避免或者消除停工和邋工的现蓉，就需要一个准确、快速的生产调动东统 以及保证各种信息蜜源流通的准确性和数据髓装享性。方面，在耐向快速响虚制造 戆雀产模式下，备静突发事静静发生颏率大大增热，应该僳迁在骞羧瓣瓷添豹寒下， 增加生产调度系统的自学习能力，使之对外界环境和内粼的生产过糕凝化做出快遮有 效遗调嶷反应，尽麓保适生产农强秘条件下粼可以不翔麟翘迷行；男一方蕊，车潮快 速豌馥锈造要求秘途系统酶绩惑离壤集成积筵攀，使得程钱造琢境不黼动态变他的德 况f ，仍然能够有效地管理资渊信息和产品数据，快速组织开发流穰，将产品开漱过 程孛熬备环苇稻镶怒弯辍建强螨、摅 二，璐褊绦信患在囊确馥嚣阗缝够爨正臻翁方式 传递，嶷持企监静俊速重缱。 2 。3 。2 攀藤莰蘧蟾疲勰遥涵义 根据对车间快逋响应制造周期模型的分析，可以概括擎间快速响戚制造系统内涵 翻下； 车闻侠速噙应澍造系统是戳装备生产需g 造过程中王麓设计、计划制定、生产勰羔、 测量、黻配、生产臀理等所有活幼为对象，根据快速变化的装备制造滞求，以装错现 畜熏产翻造姿源荛蒸醚，综台斑矮凳连翦诗棼撬蓑零，鼹络技零、兔避鬻造蓑零、试 验测试技术等以及捧行工程、蕊_ 拟仿真等先进的装备制溉模式，通过集成构建的方法 将新装备概念迅速物化、具体化，及时满足姨备需求的先进制造系统。车阅快速响戍 系统羹鸯跬下特点泌黼： 第1 3 贯 嚣辚秘接大学秘巍耋酝学经论文 l 、可重组性：指由一个生产满求期转向下一个生产需撒期而使所骠加工的产品集 发生变化剪寸，按照变化了的生产骚求准确、缀济地由一种孛句形向另一葶孛掏形转换黝能 力。 2 、模块化、标凇化、单元化：车间快速响应制造系统的主要构件鼹模块化的，当 生产条秽爻往对，通过教交不阂模块来浚速缀合，形成不巅魏生产线，骧增搬生产过 程的黍憾和快速性；标准他的梭阴保证了模块组台的无缝涟接性；单元他生产保_ i 磁了 生产的流畅性。 3 、簿集藏牲：车勰筷速薅痰鞠造系统孛瓣浚备霸控溺缓头等兹终鼓骞与其蘧麴绛 进行集成的接口以及易于新技能引入的性能。 4 、珂定制性：车间快速响应制造系统具肖鬃性定制和控制定制的憔能。柔性定制 撩墓 ：零律旋工嚣黎索性选择蕊王设备霸构建系统；控裁定涮捂基予开放往结秘技术， 通过与控制模块进行集成而提供所需的附加控制功能。 5 、w 重用性：耨的系统是在黯原有系统爨源最大限度瀵熙静基础上澎成豹，这样 就傈证了知识的传递瞧、节省了资源的浪费，用对已有系统进行重组的方式构建制造 系统的成本要低于全新构建制造系统的成本。 6 、霹转换瞧：事耀快速豌寝期造系统在馕恍终堑模式下粒定终效瓣淘内，一搬 作业完成下批作业开始之问快速平稳过渡转换的性能，在转换过程中尽快完成必要的 操作。 7 、爵渗錾毪：率瓣侠速稳应潮造系统逶j 重灌羧债囊对产赫熬工凌爨秘爵靠魏譬嶷 有辨识和预测能力。 2 。3 。3 攀淘快速稳瘦麓造系统功缝钵系绩穗 由以上快速响应制造周期模型以及车间快速响应制造内涵的分析，建立车问快速 穗疰麓造系统功麓露溪缝兹模型魏鋈2 1 爨示。攘型绫轮影结梅表这车潺浃逮貔寂魏 造系统的功能组成，轮形体系结构强调以共事数据库和通信网络为中心把各项单元技 术连接成个整体硎，由图可以餐出车间快速响应制造系缆所包含的功能有： l 、褥尚茯速豌建懿造酶工芑壤划 第1 4 页 国防科技大学研究生院学位论文 _ i i ；| _ _ i i ii _ - _ 目；i _ l _ - i i _ i j ；i | _ _ l j i i _ i i _ i l _ i i _ i 目 研究面向车间快速响应制造工艺规划方法，改变传统的工艺规划是针对具体的零 件对象、制造资源系统等等开发的现状，新的面向快速响应的工艺规划面向动态变化 的制造资源及加工对象等。其中主要研究零件一设备成组优化方法、新零件的快速工艺 设计方法、制造资源的匹配方法以及多工艺调度方法。 图2 1 系统功能体系结构 2 、基于快速响应制造的可重组制造系统研究 研究制造资源的模块化方法，在充分考虑资源的功能、性能要求基础上，划分出 具有独立功能和通用性的模块，使得相对独立的部件作为模块单元，可以互换、通用、 兼容；研究依据不同生产的工艺需求，在原有生产线的基础上匹配不同资源模块快速 重组新的制造系统。 3 、基于快速响应制造的控制系统 车间控制系统主要是研究生产过程中各种数据的管理以及生产过程的监控和控 制。多品种、中小批量产品生产是制造业的发展趋势，车间生产环境的动态变化要求 作为制造的核心组成部分的车间控制系统具有柔性、自适应性和可靠性等特性，来满足 其快速响应的要求。而传统的车间控制注重生产计划的组织和控制，对车间的管理功 能不强，不能有效地实施车间的综合集成控制和管理，不能满足企业快速响应市场和 第1 5 页 固黪器 按丈学研究擞院学位论文 用户需求。 2 3 。4 系绫巢凌轰法 车间快速响应制逑系统的集成是把基于快速响应制遗c a p p ( r a p i dr e s p o n s e 耩a n 轻f a e t u r i n ge o # 擎u t e ra i d e dp f o e e s sp 1 8 n n i n g ，r r 殛一e 矗p p ) 、萄；雷睦麓遣蜀绞 ( r e e o n f i g u r a b l em a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，r m s ) 以及基予快速响应制造的集成化车 间控制系统( i n t e g r a t e ds h o pf 1 0 0 rc o n t r o l ，i s f c ) 三者紧密结合起来，组成一个 统一熬整体，傻整个企渡车润藩嚣癌戆工 睾滚、貔凄滚纛镶惑滚莽保撩添颓滚蘩窝毒 机联系。率间快速相应制造的三个支撑分系统既在功能上相赢独立，相甄之间又存在 着紧密联系。三者共劂组成了车阅快速相应制遗生产活动的谈心。如果没有把三者逃 彳亍良好的集成，藏会静致信怠系统庞大，开发帮维护困难，浪费资源。 生产制造车间最终的活动是将原材料经过定的操作将藏快速形成产黼，如果将 实耩生产制造过翟视为车潮活动的撩 萋系绞；那么捩速响应王岂巍刘以及可重组刳造 系统的主嚣工作是制定释种操作工作的决策，所以可以将遮两个系统视为决策系统； 车间控制系统中既有决策工作( 车间计划制定等锋) ，也包括备种决策依据的管理工作， 霉穆隽绩惑系统，毽戴，车阕控铡系统篾是决繁系统选是一转贯穿生产粼逡全淫魏翁 信息系统。为此，建立车间快速响殿制造集成横型如图2 2 所示，图中的圆型代表释 予系统中的决策中心。 l 、王蕊麓鬈靛裁定与车蠢诗翅弧行与控铡戆终是著嚣避行靛，双方农整令集成决 策过程中都体现了交互、协调与合作的工作方式。车间控制系统对资源使用状态进行 实时监控，将其反馈给工艺规划系统，工艺规划钕据制造资源的实时能力铡定动态的 工艺规划，然后将巅寇好的工艺文彳串辩车间控铡信怠系统的工芑库进行羹新，献赢俸 为车间制造短期作业计划调整的依据。 2 、可漾缝崩造系绞豹主要工维鼹题配工艺鬟求嚣资源魅力选撂重组燮滚模块，所 以工艺文忭以及车间资源信息作为葡丁重组制造系统的主要输入，为制造系统的重组掇 供了信息依据。重组好的制造系统鼹对车间控制信息系统的设备库进行聪新，并且将 耨靛生产系绫露务季溺 管鲎诗楚魏令主要诗魏瓣象。 第1 6 页 麓防科技大学研究生院学位论文 3 、车间控制系统的信息系统怒整个生产制造系统的信息汇集中心，它是其他予功 能系统避彳亍交互通信的桥梁，是熬个企业生产得以有序执行的控制中心。 里苎竺! 生一 广严竺n ( 垂梦i 毋7 7 叼、一 7受酚 f f r m s _ 咖够、 ， f之 一 、硌叫 i 塑耍移、 一 ， f譬 1 2 e l ，黔e ( 1 。赫c l ，对e i 砖e ( 1 ，吣 2 c ( 2 ，1 )c ( 2 ，2 )c ( 2 。3 )c ( 2 t4 )c 船。5 ) c ( 2 ，6 )c ( 2 。_ ) 3 c o 1 )c ( 3 ，射c ( 3 ，3 ) c ( 3 帕c ( 3 ，5 )c ( 3 6 )c ( 3 。