可重构制造系统多尺度构形耦合机制与优化设计研究

构形优化设计是可重构制造系统中最为重要的基础问题，但可重构制造系统在空间上具有的多层次重构能力及时间上平滑转换的要求，使构形在不同的时间阶段和空间的不同层次上存在着复杂的耦合关系，揭示这种耦合规律对构形的综合优化至关重要。因此，本项目将多尺度耦合理论引入可重构制造系统构形设计中，对构形表现出的多尺度特征及多尺度构形之间的耦合关系进行基础科学研究，并设计支持定量决策的方法。具体内容包括：研究可重构制造系统多尺度构形之间的耦合机制、重构时机的定量决策方法、多尺度构形综合优化方法与仿真分析。本项目旨在揭示可重构制造系统不同尺度构形之间的动态影响和互动关系，为有效解决重构时机和重构层次选择的技术难题、构形的综合优化设计提供理论和方法支撑。

本项目针对可重构制造系统（Reconfigurable Manufacturing System， RMS）综合优化问题，从制造系统多尺度构形耦合机制、制造系统重构点确定方法、制造系统多尺度构形优化与仿真三个方面展开研究。首先建立了RMS的多尺度构形的耦合模型，通过小波分析理论阐明了尺度特征及其耦合机制，并以生产性能为信号，给出了重构尺度的选择方法。然后，从生产任务与RMS构形之间的扰动偏差出发，建立了RMS的扰动模型，基于离散事件的RMS重构点仿真模型，以及基于遗传神经网络的重构点快速预测的非线性模型，用于确定重构时机。最后将RMS 的多尺度构形转化为能够反映不同尺度本质特性的加工功能并进行构形的优化求解，建立了RMS 功能类别，设计了加工功能在系统内进行均衡分布的策略并给出了基于遗传算法的优化求解方法；进一步以加工功能均衡分布为对象，对其存在的构形进行划分归类，设计基于改进的禁忌搜索算法针对具体的生产需求求解最优的构形，RMS 的加工功能均衡分布设计是适应RMS 动态市场环境的一种稳健的策略，能够根据需求的变化快速在核心加工功能的邻域内形成有效的构形，避免工件跨单元、长距离加工的情况。上述研究成果为何时进行重构、选择RMS的哪个尺度进行重构，以及如何进行重构提供了基础理论和方法支撑。通过本项目研究发表学术论文7篇，申请发明专利6项，培养博士研究生1名，硕士生3名。