● 摘要
随着现代制造业的迅速发展和企业生产管理组织趋向扁平化，基于协同理论的制造执行系统正成为制造企业打通企业管理层与设备层之间信息交互屏障、实现生产与经营活动有效集成的桥梁和纽带。针对协同制造模式下离散制造业车间生产管理的特点及传统制造执行系统存在的缺陷和不足，本文提出了面向离散制造业的协同制造执行系统的概念；研究了协同制造执行系统的体系结构、协同生产计划模型与多车间作业调度策略、数字化协同质量管理及信息集成和系统重构等关键技术；设计和开发出了面向离散制造业的协同制造执行原型系统。本文的具体研究内容如下： 1）建立了面向离散制造业的协同制造执行系统的体系结构。参照 ISA-SP95标准、MESA (Manufacturing Execution System Association)的协同制造执行系统模型及其它制造执行系统的相关成熟理论，提出了面向离散制造业的协同制造执行系统的概念；采用面向服务的架构，并借助分层设计思想设计了面向离散制造业的协同制造执行系统的体系结构；依据现代制造企业对制造执行系统的战略需求和制造执行系统的发展趋势建立了协同制造执行系统的功能定位模型，并构建了保障其稳定运行所需要的网络拓扑结构；按照协同制造执行系统体系结构的需求，给出了为实现该架构所需要的支撑技术。 2）提出了面向离散制造业的协同生产计划模型与车间作业调度策略。基于协同理念构建了面向离散制造业的协同生产计划模型，并给出了多车间协同生产控制流程；为解决企业实际生产中协作车间协同性差、设备等资源利用率低、操作人员安排紊乱、产品生产周期长等问题，提出了基于设备负载均衡和生产能力平衡的协同任务分配算法；建立了多车间协同作业调度与排产优化目标函数，提出了基于多目标协同进化的遗传算法并用其来求解多车间协同作业调度与排产优化问题；给出了生产扰动因素分类，构建了考虑复杂生产扰动因素的多车间协同作业动态调度总体模型，提出了考虑复杂生产扰动因素的多车间协同作业动态调度算法并给出了算法流程图。 3）研究了面向离散制造业的协同制造执行系统数字化协同质量管理技术。分析了协同制造模式下现代质量管理的特点，提出了协同制造执行系统的数字化协同质量管理体系结构，该体系结构既遵循了PDCA方法，同时也实现了ISO9000/2000所规定的质量管理过程；构建了协同制造执行系统的质量管理业务功能模型；提出了基于模糊层次分析法的外协企业供货质量信任度计算过程和基于贝叶斯概率理论外协企业产品质量抽检概率计算方法，详细阐述了外协企业供货质量信任度评估和产品质量抽检决策模型的计算框架，并给出了该计算框架的算例；研究了多工序加工质量分析和预测技术，建立了表征多工序关联的工序尺寸关联树，设计了关联工序检索算法，提出了基于工序尺寸关联树和BP神经网络的多工序加工质量分析和预测方法。 4）研究了面向离散制造业的协同制造执行系统信息集成与系统重构技术。建立了制造企业应用系统间数据流和信息流交互模型，设计了面向协同制造的制造企业应用系统信息集成模型；提出了基于中间集成本体和Web Services的协同制造执行系统信息集成方法，建立了协同制造执行系统与ERP、CAPP、DNC等系统的中间集成本体，基于中间集成本体和Web Services实现了协同制造执行系统与ERP、CAPP、DNC等系统的信息集成；提出了基于构件和模型驱动的协同制造执行系统构建和重构方法。 最后以某模具制造企业为例，介绍了面向离散制造业的协同制造执行系统原型在该企业的实际应用，并给出了应用效果，进而验证了本文所提出的模型、技术和方法的实用性和科学性。