基于事件的复杂生产系统可持续性动态建模方法

The advent of intelligent manufacturing technology has enabled manufacturing systems to distribute sensors across the systems, which makes production information to become transparent, detailed and in real-time. However, the utilization of the production information for the modeling and improvement of system production and sustainability has been largely lagged behind. Therefore, this research proposes a comprehensive method, which will (1) establish an integrated event-based system modeling method (EBM) to capture system dynamics in real time. The EBM method can transfer the production information into useful control and managerial information; (2) establish an energy saving opportunity window theory in complex production systems and formulate a real-time control strategy to improve system production and sustainability by taking the opportunity windows; (3) establish an event-based bottleneck identification and mitigation method to continuously improve system performance. The research will result in a fundamental understanding of the complex multistage manufacturing system transient behaviors and a significant improvement in system awareness, responsiveness, and overall system sustainability.

当前缺乏利用生产信息进行复杂生产系统的可持续性动态建模分析，并以此找出优化、控制方案的研究。本项目针对复杂生产系统的实时性建模，计划进行如下研究：(1)结合基于事件的研究方法，构建一个数据驱动的综合系统模型，利用生产信息监测并分析生产系统的生产和可持续性动态，实时将生产信息转化为有用的管理和控制信息；(2)研究复杂动态系统的能耗效率提升机会窗口理论，利用马尔科夫模型预测机会窗口，结合动态控制方案，构建实时生产控制系统，为生产控制，能耗效率提升决策提供支持；(3)针对系统生产和能耗效率提升，结合约束理论(Theory of Constraints, TOC)，构建基于事件的动态连续提高优化模型。该项目所形成的生产与控制模型能够为复杂生产系统的实时性分析，控制和优化提供一种新的理论与实用工具，拓展基于静态分析的现有理论，提高系统的意识性与响应性。研究成果可以有效提升生产系统的可持续性。

提升生产系统的能耗效率是实现绿色生产的关键。研究具有高度随机性，不确定性和复杂性的生产系统的动态机理，探索其控制机制，拓展基于稳态系统的研究。本项目主要研究成果包括：1) 构建基于事件的生产系统性能分析模型，实时地将复杂的生产信息转化成为反映系统状态的信息，捕捉系统动态；2) 构建能效机会窗口理论，通过耦合控制方案，满足高生产效率的同时，动态提升系统能效；3) 构建费效分析模型，实时地分析系统各个生产环节(包括机器设备，质量管控环节等)的改进优先级排序，为生产资源分配提供支持。本项目所形成的技术方法为先进制造模式的能耗管理提供了一种新的科学基础和实用工具，丰富了先进动态生产系统的实时性建模，控制和优化的理论与方法体系，拓展了当前的基于稳态系统的研究，可以显著提高系统生产与能耗效率，为我国先进制造业的生产系统性能分析和能效管控提供有效的科学指导。