基于流程模块化的虚拟单元制造研究

课题以多品种小批量生产环境下制造企业生产系统为研究对象，对虚拟单元制造系统进行研究，目的是研究这类生产系统实现虚拟单元制造的有效途径与方法，从而使生产系统能够对用户的多样性动态需求做出快速反应。课题将采用基于流程挖掘技术的生产流程分析方法，通过建立层次化制造流程模型对制造流程进行模块化研究，并以此为基础研究生产流程模块与虚拟制造单元构成元素的匹配模式。针对虚拟单元制造资源共享造成资源使用冲突影响制造敏捷性的问题，将研究生产安排分离点确定标准和生产安排分离点模型，为确定共享资源与虚拟单元独享资源使用边界提供依据。还将从集中控制和分散控制的不同层次系统研究单元间共享稀缺资源的共享协调机制和共享资源使用权交易机制，解决对共享资源使用权的争夺和冲突等问题。课题还将研究与虚拟单元制造相适应的基于POLCA的生产调度和控制方法，并研究基于POLCA方法的任务冲突协调机制。

目前我国很多制造企业，尤其是航空科研院所的生产方式均由早期的单件试制（研制）方式过渡而来，生产大多属于典型的多品种小批量生产类型。这类企业由于资金和人员等方面的制约，常常存在着同一生产单位（如车间）同时承担不同产品的批生产和试制任务，从而发生生产任务相互干涉的现象，导致生产计划经常难以按期完成。而且，由于产品品种多批量小，为了能够适应品种多变的要求，设备通常按照工艺专业化原则布置，零部件需经过多个生产小组完成全部加工任务，周转环节多，对加工过程的跟踪、协调和控制比较复杂，而零部件的顺序移动方式也使在制品存货增加，产品生产周期长，对用户的要求反应速度慢，难以适应国家和用户对制造企业生产系统快速反应能力的要求。.该课题以提高多品种小批量制造企业敏捷制造为主要目标，基于制造企业中流程挖掘技术等理论研究，对制造流程进行分析，建立制造流程的层次化模型，并以此为基础建立制造流程模块和动态流程库，为建立动态的虚拟制造单元提供数据。接着对制造流程模块化及其实施方法进行研究，构建基于流程模块化的虚拟制造单元过程，并对单元制造中的共享资源时间分配方法进行研究。随后，对制造企业中的制造模块化可重构虚拟制造单元进行研究。基于生产调度理论、约束理论和POLCA系统的控制方法，并结合虚拟单元制造系统本身的特点，从虚拟单元制造系统局部和全局两个视角，分别提出了动态队列排序规则和生产能力约束规则，来达到减少设备的生产转换时间和产品的平均生产流程时间，从而满足快速反应制造的需求。通过运行仿真模型与多参数调整，进一步分析了虚拟单元制造中共享资源瓶颈问题的影响因素。最后，以生产的敏捷性为目标，研究基于对偶单元授权卡片的交叠循环（POLCA）的虚拟制造单元生产和物流控制机制，保证虚拟制造单元在其对偶下游单元具有加工能力时才对工件进行加工，避免了在制品积压在虚拟单元之间，并应用HL/MRP的授权时间，只在需要的时间生产需要的产品，防止产生不必要库存。