信息物理社交融合驱动的社群化制造车间物联配置与自主运行方法研究

Combined with the upgrading requirements and the development trends of manufacturing industry, this project aims at the ubiquitous, intelligent, and servitization targets, and studies the configuration and autonomous operation theory and methods in manufacturing workshop under social manufacturing and smart manufacturing environment. The core idea of this project is to view the human, machine, and materials in the manufacturing workshop as equal and autonomic production participants. By studying the workshop’s cyber-physical-social interconnection configuration structure, human-machine-material interaction mechanism, and resource servitization modelling method, the comprehensive workshop configuration mechanisms are revealed. By viewing the manufacturing process flow as the data association line, the gathering, processing, and computing methods for heterogeneous workshop data handling are studied by data fusion and cognitive computing algorithms. On that basis, all the participants in the manufacturing workshop are interconnected and they interact with each other in the cyber-physical-social spaces. Furthermore, after evaluating the operating characteristics of workshop, the operation status monitoring, production disturbance recognition and response, the global self-organizing operation scheduling, and human-machine-material are discussed to improve the flexibility, dynamic stability, self-organizing and self-learning ability of manufacturing workshop. Through theory study and industrial case verification, this project will provide a feasible way for enterprises to head towards smart manufacturing mode.

结合当前制造业转型升级的要求和发展趋势，以泛在互联、智能化和服务化为目标，研究社群化制造与智能制造模式下制造车间的物联配置与自主运行的机理与方法。本项目的核心思路是将车间人、机、物等视为平等自治交互的主体，通过研究其“信息-物理-社交”空间互联配置构型、“人-机-物”三元耦合的交互机理以及资源服务化建模方法，揭示车间物联配置机理；以制造工序流为数据关联主线，采用数据融合/认知计算等手段，建立车间异构数据采集、处理与计算的模型方法，实现车间各主体在“信息-物理-社交”空间的互联互通与实时交互；依托车间动态运行特性分析，研究“信息-物理-社交”互联情境下的车间运行状态监控、生产扰动识别与预测，并建立协同响应和全局自组织运行调度模型、车间“人-机-物”交互网络分析模型，提升车间运行的柔性、动态稳定性和自组织、自学习能力。通过理论与工业案例研究，为我国制造企业向智能制造转型升级提供借鉴。

当前制造业已呈现出产品个性化、资源社会化、制造服务化、互联集成化、生产组织分散化、生产过程智能化等特征。在“互联网+制造”和中国制造2025战略规划中，企业制造车间内的人、机、物、数据/信息、业务等与制造过程相关的要素将通过广泛的互联与信息集成，构建企业内信息系统、物理设备、人等之间的互联互通网络来实现多生产主体之间的协同交互和信息共享。制造车间作为社群化制造模式下个性化产品制造价值网络(或制造社群)中的关键节点，其互联集成、智能化和服务化程度的高低决定了整个价值网络的市场响应能力、生产柔性和业务增值水平。.本项目拟以社群化制造车间为研究对象，考虑其泛在互联、智能化和服务化的升级目标，通过研究车间“信息-物理-社交”互联配置构型、“人-机-物”三元耦合的社交交互机理以及车间制造资源服务化建模方法，揭示以互联、自治交互和智能服务为主要特征的社群化制造车间的配置机理；进一步以制造工序流为数据关联主线，以CPS/RFID/社交传感媒介作为制造数据和“人-机-物”社交数据的采集工具，通过采用数据融合/认知计算/区块链等信息学手段，建立车间异构数据采集、建模、分布式处理与计算的相关模型方法，实现车间各主体在信息空间、物理空间和社交空间的映射、互联互通、实时交互与融合，为实时数据驱动的车间运行过程管控与协同决策提供支持；进而依托社群化制造车间动态运行特性分析与评估结果，研究“信息-物理-社交”互联情境下的车间运行状态监控、生产扰动识别与预测模型，揭示基于“人-机-物”自治交互的生产扰动响应机理，并建立相应的协同响应和全局自组织运行调度方法，提升社群化制造车间运行的柔性和动态稳定性。在此基础上，基于车间“人-机-物”社交网络分析，挖掘各主体之间的制造关联关系、决策知识/规则等，为车间资源自配置、路径规划、自组织任务分配等生产决策提供依据。