混雜系統(tǒng)理論及在數(shù)字化工廠中的應(yīng)用研究.pdf

1、本文研究工作主要集中在混雜系統(tǒng)理論與應(yīng)用研究兩個(gè)方面。前者主要研究了切換系統(tǒng)的優(yōu)化控制問題，后者主要圍繞著混雜系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)字化工廠生產(chǎn)層面展開研究，提出了一些新的方法和策略。具體研究內(nèi)容和取得成果如下。 混雜系統(tǒng)的理論研究：包括介紹了混雜系統(tǒng)的概念，綜述了混雜系統(tǒng)在建模、分析、控制和優(yōu)化、應(yīng)用方面的研究現(xiàn)狀，著重對混雜系統(tǒng)運(yùn)用于制造業(yè)中的研究成果進(jìn)行了分析總結(jié)；基于混雜系統(tǒng)優(yōu)化控制涉及連續(xù)域和離散域的雙重特性，討論了一般混雜最優(yōu)

2、控制問題描述及其復(fù)雜性分析；研究了有著廣泛工程背景的切換系統(tǒng)優(yōu)化控制方法，給出了基于極大值原理和動態(tài)規(guī)劃的典型算法；在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于泛函變分計(jì)算的自治切換系統(tǒng)優(yōu)化控制的綜合極大值原理(CMP)算法，能極大地減少計(jì)算量和給出問題的全局最優(yōu)解，證明了算法的收斂性，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)值仿真計(jì)算。 混雜系統(tǒng)的應(yīng)用研究：從數(shù)字化工廠生產(chǎn)層面體現(xiàn)出的混雜動態(tài)特征視角，借助于混雜系統(tǒng)的混合邏輯動態(tài)(MLD)、混雜自動機(jī)和控制器設(shè)計(jì)等方法，以及提出

3、針對具體問題的混雜策略，分析和解決數(shù)字化工廠中生產(chǎn)線和裝配兩個(gè)方面的若干關(guān)鍵問題。 針對生產(chǎn)線的動態(tài)過程表現(xiàn)出連續(xù)和離散并存的混雜特性，比較了生產(chǎn)線離散事件動態(tài)系統(tǒng)(DEDS)建模方法并指出了存在的問題，提出了新的混雜系統(tǒng)建模方法并指出了建模過程中的注意點(diǎn)。在分析目前混雜系統(tǒng)幾種典型建模方法以及獲得系統(tǒng)化建模機(jī)理基礎(chǔ)上，提出并建立了基于MLD和混雜自動機(jī)的兩種生產(chǎn)線建模方法。并在后者所建模型的基礎(chǔ)上，對滿足一定產(chǎn)量的情況下最大化

4、機(jī)器利用率的性能優(yōu)化控制方法進(jìn)行了研究，提出了一種新的基于混雜自動機(jī)模型的混合蒙特卡洛法(HMCM)優(yōu)化計(jì)算方法。 針對已有的很多裝配建模方法著眼于零部件的幾何形狀及其特征描述，指出注重對象動態(tài)特征描述的虛擬制造問題的重要性。從虛擬裝配對象的混雜動態(tài)特征視角提出了一種新的混雜系統(tǒng)建模方法，可同時(shí)有效降低裝配零部件過多給模型造成的復(fù)雜性。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用最小干預(yù)安全控制器(MILC)對裝配過程中不可避免要進(jìn)入的不合法結(jié)構(gòu)實(shí)施控制，使

5、可能存在的裝配路徑得到最小的干涉和約束，給其他控制器設(shè)計(jì)提供最大的柔性。以某汽車底盤總裝中兩個(gè)裝配對象為例給出了建模和控制器設(shè)計(jì)的實(shí)例驗(yàn)證。 針對裝配環(huán)節(jié)具有很強(qiáng)的智能性和高度的復(fù)雜性，提出了自動化裝配中集成裝配計(jì)劃和調(diào)度的一類智能混雜系統(tǒng)研究框架。給出了智能決策接口以及和智能技術(shù)的互連，分析了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和粗糙集的智能解決策略，使一類混雜系統(tǒng)具有智能決策的能力。 在數(shù)字化工廠方面，介紹了數(shù)字化工廠的概念、產(chǎn)生背景和

6、關(guān)鍵技術(shù)，綜述了研究的必要性和重要性以及和虛擬制造、和企業(yè)相關(guān)CIMS的關(guān)系，對已有的成果進(jìn)行了分析和評述，同時(shí)指出了目前存在的困難和一些亟待解決的問題；從供應(yīng)鏈視角揭示了數(shù)字化工廠產(chǎn)生的深刻市場機(jī)理，提出了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下制造企業(yè)雙渠道市場供應(yīng)鏈一種新的建模和仿真方法；從研究數(shù)字化工廠的功能模塊出發(fā)，提出了數(shù)字化工廠在客戶側(cè)的應(yīng)用賦予了客戶關(guān)系管理(CRM)新的內(nèi)涵，通過世界數(shù)字化工廠主流軟件分析了企業(yè)相關(guān)的競爭策略。 基于混雜系統(tǒng)

7、MATLAB/Simulink/Stateflow仿真平臺和世界數(shù)字化工廠主流軟件eM-Power中的物流仿真軟件eM-Plant，分別對生產(chǎn)線的實(shí)驗(yàn)和原型系統(tǒng)進(jìn)行仿真方法研究。對多批次無限和有限緩沖容量串行生產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真分析比較，包括穩(wěn)定性分析。針對已有數(shù)字化工廠軟件中某些性能分析和優(yōu)化方法方面存在的不足，提出了采用相關(guān)混雜系統(tǒng)方法對軟件的改進(jìn)設(shè)計(jì)策略。運(yùn)用eM-Plant對一發(fā)動機(jī)缸蓋生產(chǎn)線進(jìn)行原型系統(tǒng)開發(fā)。 最后對全文