基于通用生成函数的混流制造系统脆弱性评价方法

为了解决基于状态熵的脆弱性评价方法在面对多状态系统组合爆炸问题时的困难,提出了一种基于通用生成函数的混流制造系统脆弱性量化评价方法。首先,分析求解各制造单元的状态及其概率,得到制造单元的通用生成函数,定义并计算各单元的脆性熵,建立制造单元的脆弱性分析模型;其次,根据混流制造系统结构特征和通用生成函数的串并联构造算子,得到系统通用生成函数,定义其脆性熵,基于脆性熵建立混流制造系统的脆弱性评价模型;最后,以某典型的混流制造系统为例,利用所提出的脆弱性评价方法,评估其脆弱性,并与基于状态熵的评价方法进行对比,结果表明该方法可显著提高脆弱性评价的效率。     

基于状态熵的制造系统结构复杂性建模与评价

针对现有结构复杂性建模方法存在的不足,在考虑中间缓冲区状态对制造系统状态影响的基础上,提出一种基于通用发生函数法和信息熵理论的非串行制造系统结构复杂性建模与评价方法,从系统角度对制造系统的复杂性进行测度。通过建立中间缓冲区的状态转移方程,定义缓冲区的状态,分析中间缓冲区状态对非串行制造系统各工位加工设备状态的影响,将原制造系统转化为等效系统;利用通用发生函数法描述各等效加工设备的性能及其发生概率,并将制造系统分解成若干并联和串联子系统,引入并联和串联复合算子求解整个系统的发生函数,得到系统的状态空间及其对应的概率空间;从系统角度出发,利用信息论中的信息熵模型建立非串行制造系统的结构复杂性模型。以某车间的非串行缸盖柔性加工线为例,验证该模型与评价方法的有效性。     

考虑性能参数变化的混流制造系统脆弱性评估方法

针对现有混流制造系统脆弱性评估方法的不足,在考虑系统性能参数实时变化的情况下,提出了一种基于LZ变换的脆弱性评估方法。利用离散时间马尔科夫原理求得制造单元各状态的瞬时概率,基于系统的结构特征和LZ变换原理、通用生成函数的串并联构造算子等得到制造单元和系统的LZ变换函数;根据混流制造系统脆弱性定义和系统的LZ变换函数,以其可用度、平均输出期望值和瞬时缺陷率等为脆弱性评价指标,建立混流制造系统的脆弱性评价模型;以一个包含7个制造单元的混流制造系统为例,通过求解系统的LZ变换函数,建立基于可用度、输出性能期望值、瞬时性能缺陷等评估指标的脆弱性评价模型,得到系统的脆弱性实时变化曲线,验证了该方法的可行性,扩展了脆弱性评价的应用范围。     

基于复杂网络的制造系统脆弱性综合评估方法

针对现有制造系统脆弱性研究的不足,提出一种基于复杂网络的制造系统脆弱性综合评估方法。对制造系统复杂网络的节点、边、局域世界和网络生长模式进行定义,建立了对应的复杂网络模型;构造了制造系统脆弱性的评估框架,从结构脆弱性和功能脆弱性两个维度进行具体评价;基于系统复杂网络的拓扑特性评估其结构脆弱性,基于系统的功效性指标评估其功能脆弱性,综合两种脆弱性建立系统的整体脆弱性综合评价模型;以发动机装配制造系统为例,通过建立该系统的复杂网络模型,评估系统的脆弱性,验证了该方法的可行性,并给出了安全运行的合理建议。     

一类考虑返修和产品多态性的多级串联制造系统建模与性能分析

针对一类考虑返修和产品多态性的多级串联制造系统性能分析问题,在考虑系统设备故障基础上,重点研究产品的返修和报废以及产品的多态性导致工位正常运行时加工状态差异对系统性能的影响,提出一种基于扩展Petri网(Extended-stochastic Petri nets,ESPN)的系统模块化建模方法,解决传统利用Markov模型和排队网络模型建模难以清晰描述系统内部产品流转换导致复杂状态变化的问题。将ESPN模型同构于嵌入Markov链得到工位状态空间,推导产品多态性导致的工位不同加工状态相对激发概率分布。以双工位单缓冲区的两级串联制造系统单元模型性能分析为基础,考虑缓冲区两边系统对单元模型的影响,基于重叠分解法对系统模型进行迭代求解,分析系统各项性能指标。某企业汽车动力总成装配线的实例验证了该建模与分析方法的有效性。     

基于尖点突变的制造系统耗散结构模型及其度量

制造系统的信息熵建模促进制造系统状态信息度量的发展.在分析制造系统耗散结构特征的基础上,利用突变理论中的尖点突变模型,依据其控制变量与状态变量的相互关系,建立制造系统的耗散结构模型,使得定量地判断制造系统何时形成耗散结构成为可能.依据制造系统信息熵的定义,分别建立制造系统的预期熵变度量模型及实际熵变度量模型,从而实现利用耗散结构模型对制造系统运行状态进行准确判断的目的.实证研究中,以某加工车间实施单元制造前后为背景,利用所建耗散结构模型及其度量模型,对两种不同状态下制造系统是否形成耗散结构进行定量判断,结果较好地验证此方法的合理性,也为制造系统的优化提供有效途径.     

可重构制造系统多态可靠性建模与分析

针对利用传统方法建立多状态系统可靠性模型引起的组合爆炸问题,提出一种基于随机过程方法和改进的通用产生函数法(Universal generating function,UGF)的含中间缓冲区的可重构制造系统(Reconfigurable manufacturing system,RMS)多态可靠性建模方法。利用随机过程方法建立存在非相邻状态转移的可重构机床(Reconfigurable machine tool,RMT)的马尔科夫模型,求解机床各理论稳态概率;定义中间缓冲区状态,并通过分析中间缓冲区对机床可用度的影响,得到中间缓冲区可用度和机床各状态的实际稳态概率;结合RMS和RMT性能多态性的特点,对UGF进行改进。在此基础上,表示设备层和系统层的发生函数,建立多零件族可修RMS的多态可靠性模型,并对系统的各项性能指标进行分析。以双零件族四工序非串行缸盖机加工系统为例,验证该模型与分析方法的有效性。     

基于结构熵的生产系统有序性评价的实证研究

针对目前评价生产系统结构优化方案时缺乏定量方法和系统结构有序度研究中现有结构熵模型存在的问题,以信息的发送与反馈机制为基础,通过对结构熵相关概念的定义,利用条件熵原理以及古典概率原则,建立具有动态性和一般性的系统结构熵模型.实证研究中,以某加工车间的典型零件作为研究对象,分析工件在实施单元制造生产方式前后相同加工路线上所经历的不同生产结构,并应用所建结构熵和有序度模型,最终求解出两种不同状态下的有序度,结果较好地验证使用此定量分析方法来评价生产结构有序性的合理性,并扩展此类结构熵模型的应用范围.     

[设备健康管理]基于CPS方法与脆弱性评估的制造系统健康状态智能诊断

现有的制造系统健康管理技术很少应用信息物理系统(CPS)，也很少有学者从脆弱性的角度探究制造系统的“病因”。根据制造系统的结构特征和健康管理技术原理，提出在其关键设备上嵌入基于CPS与脆弱性分析的健康管理模块，以实现系统健康状态与影响因素的在线动态分析。重点研究基于脆弱性的系统健康状态判断方法、基于数据驱动的制造系统性能异常判断和亚健康状态下设备异常因素的识别。基于嵌入式CPS的制造系统设备健康状态诊断与分析可以根据设备服役过程中的脆弱性状况判断设备的健康状态，基于数据驱动的设备异常因素判断方法可以监测设备服役过程中的性能参数变化情况，及时判断造成设备异常的关键因素。通过柔性制造系统仿真实验，证明了所提方法可实时判断系统的健康状态，有效识别导致设备亚健康状态的性能参数。     

未来工业互联网松耦合结构理论、分析、评估及实现平台

为了解决人机物全要素安全可靠互联的系统复杂性难题,提出一种工业互联网松耦合系统结构,采用发布/订阅模式,通过多种模式的服务质量(QoS),实现全连接环境下的多维数据实时接入与处理.基于工业要素强度和信息熵中心性,构建了一种强度—信息熵中心性(SEC)评估算法,即复合中心性算法,计算系统的脆弱性与关键点.实例分析证明,SEC评估算法能够准确度量工业互联系统关键点,并在工业互联数据链平台CIMS_LINK实现该算法,通过计算系统成员SEC值并排序,监控关键成员状态,来保障松耦合联接下的工业互联系统稳定运行.     

基于CPS方法与脆弱性评估的制造系统健康状态智能诊断

现有的制造系统健康管理技术很少应用信息物理系统(CPS),也很少有学者从脆弱性的角度探究制造系统的"病因"。根据制造系统的结构特征和健康管理技术原理,提出在其关键设备上嵌入基于CPS与脆弱性分析的健康管理模块,以实现系统健康状态与影响因素的在线动态分析。重点研究基于脆弱性的系统健康状态判断方法、基于数据驱动的制造系统性能异常判断和亚健康状态下设备异常因素的识别。基于嵌入式CPS的制造系统设备健康状态诊断与分析可以根据设备服役过程中的脆弱性状况判断设备的健康状态,基于数据驱动的设备异常因素判断方法可以监测设备服役过程中的性能参数变化情况,及时判断造成设备异常的关键因素。通过柔性制造系统仿真实验,证明了所提方法可实时判断系统的健康状态,有效识别导致设备亚健康状态的性能参数。     

考虑自动化/人工混合站位的装配系统瞬态产能计算方法

智能决策是构建智能车间的关键要素之一,准确掌握系统实时运行状态是影响智能决策制定的先决条件。针对自动化/人工两类站位混合并存的装配系统,提出一种系统运行瞬态阶段实时产能的计算方法。首先,基于信息熵理论与认知可靠性模型构建站位可靠性模型;其次,通过构造工作站位与缓冲区的瞬时状态集,完成系统运行中工作站位瞬态行为的逆向建模;然后,建立系统瞬时状态映射关系矩阵,通过递推法对系统的瞬态产能进行求解;最后,通过实例分析验证了该方法的有效性和适用性。     

基于脆弱性的制造设备故障智能诊断与维护

制造设备故障智能诊断与维护是保障制造系统安全运行的重要手段。为准确地诊断制造设备的健康状态、识别设备故障的关键因素，建立高效的健康维护系统，提出了基于脆弱性的设备故障智能诊断与维护方法。该方法将考虑脆弱性的设备故障智能诊断与维修决策模块嵌入到设备的过程控制系统（Process control system，PCS）中，它基于系统脆弱性的定义和性能劣化理论建立了设备脆弱性评估模型实时判断设备的脆弱状态，利用非线性核映射方法实时监测制造设备的运行参数是否超出预设边界，建立设备参数的高斯核函数模型准确识别故障的关键因素，将设备的脆弱性状态与维护模式相结合建立维修决策模型避免维修过度和维修不足。以某机器人的伺服系统为例，证实了所提方法能有效提高故障诊断效率、智能化诊断故障因素，优化设备维修决策。     

基于信息熵的制造服务单元建模与定量评估方法研究

为评估制造服务协同中制造服务单元划分的合理性,提出了基于信息熵的制造服务单元建模与定量评估方法。阐述了制造服务协同过程,提出了制造服务单元模型。基于Shannon信息论,结合制造服务单元信息容量和制造特征标识码的相关性,建立了制造服务单元评估的定量方法。实例证明,该方法可有效地减少制造服务链的信息冗余,优化制造服务协同过程。     

树形结构制造系统的生产控制

为尽量降低单位时间内的平均生产费用,提出一种采用安全点策略对树形结构制造系统进行生产控制的方法。确定采用安全点策略制造系统的控制策略和优化目标,并给出利用仿真算法计算系统费用函数的方法;设定缓冲区特征量,在对系统进行分析的基础上提出一种安全点优化算法,该算法不断检测各缓冲区特征量,并以特征量为依据对安全点进行调整,从而实现安全点的快速优化;通过仿真试验将该方法与遗传算法进行了比较,仿真结果显示,提出的方法比遗传算法具有更好的优化性能。     

基于脆性风险熵的制造设备脆性测度与评估分析

针对制造设备脆性难以量化评估的难题,提出一种基于表征设备状态的性能参数和脆性风险熵原理相结合的设备脆性量化评估方法。通过建立性能参数与设备性能状态的映射关系划分设备的各种工作性能状态,对设备状态概率进行计算,同时从设备所处状态的概率及其状态对设备本身造成的影响两方面构建设备脆性风险熵测度模型,完成对设备运行过程中的脆性测度与评估分析。以某发动机柔性装配线上的关键工位为例,验证了该模型和方法在量化评估设备脆性的有效性。     

基于脆性理论的多状态制造系统可靠性分析

针对传统制造系统可靠性分析方法的不足,将复杂系统脆性理论与多状态制造系统理论相结合,提出一种基于脆性理论的多状态制造系统可靠性分析方法。研究了制造系统多态性的产生机理与脆性激发机理,从加工过程、人员、环境三个方面构建了脆性激发因素集以及三方面因素之间的相互耦合关系,并给出各脆性激发因素风险度、耦合度与脆性度的量化方法;引入状态空间模型,描述了脆性效应作用下多状态制造系统的状态演变过程,在此基础上建立多状态制造系统的状态演变模型;提出一种考虑脆性效应的改进通用生成函数法,分别定义了多状态制造系统及其设备单元的生成函数,对多状态制造系统的工作性能状态与实际稳态可靠度等指标进行了分析。以国内某制造企业的双缸体零件族制造系统为例,证明了所提方法的可用性与有效性。     

面向网络化制造系统的协作制造单元MAS结构及其通信研究

提出了一种面向网络化制造系统的协作制造单元(CMC)多主体系统结构;探讨了适于CMC通信的组织结构策略和实施策略,提出了基于改进的BDI模型的Agent结构,给出了相应的通信模型;从技术方法上实现了利用KQML和SOAP来完成Agent之间的通信.     

考虑加工功能和加工能力的可重构制造系统重构点决策方法

针对可重构制造系统何时进行重构的问题,提出一种同时考虑加工功能和加工能力的可重构制造系统重构点决策方法。该方法首先从机床层次和制造单元层次识别影响可重构制造系统动态复杂度的因素,然后基于信息熵理论建立可重构制造系统动态复杂度的量化模型,并通过加工能力和加工功能的状态概率分析来求解该模型。进一步结合尖点突变理论构建可重构制造系统重构点决策模型,以积极复杂度和消极复杂度作为尖点突变的控制变量,根据尖点突变的状态突变判定条件识别可重构制造系统生产末期系统状态突变点,该突变点即为可重构制造系统重构点。以某研究所的可重构制造系统车间实际生产情况为例,阐述了所提方法的实施过程并验证了其有效性和实用性。     

基于广义信息熵测度的制造过程质量评估

制造过程的复杂性导致过程建模、预测和控制难度增大。从信息论的角度看,过程的信息熵与其有序程度成反比关系,因而可以通过信息熵来描述过程的复杂度,进而分析过程的质量状态和演化方向。为定量描述制造过程中的复杂性现象,对信息熵理论进行扩展,建立基于规模、难度和状态多样性的广义信息熵模型。然后按照复杂性对时间的依赖关系,将制造过程的复杂性分解为静态复杂性和动态复杂性,研究利用广义信息熵模型测度制造过程复杂性的方法,并将其用于制造过程质量评估,从复杂性的角度给出过程质量控制有效性的定量分析和评价方法。最后通过实例证明理论和方法的有效性。