面向多类型RFID标识工件混流制造的云辅助自组织动态重构机制研究

Smart factory is based on the philosophy of cyber-physical system (CPS) to implement vertical integration of manufacturing environment, which aims to support large-scale customized production of multi-type and small-lot personalized products. Dynamic reconfiguration mechanism is one of the key technologies to support hybrid production of multi-type work-pieces. However, in smart manufacturing, variable type and volume of work-piece, constrained manufacturing resources, system distribution, and deep fusion of physical process and information systems make the traditional reconfiguration methods unable to meet the needs of smart manufacturing. Therefore, it is necessary to design new dynamic reconfiguration mechanism by leveraging the self-organization of physical entities and the global feedback and coordination of cloud. This proposal aims to study cloud-assisted and self-organized dynamic reconfiguration mechanism for hybrid manufacturing of multi-type RFID tagged work-pieces, including self-organized intelligent negotiation mechanism, cloud-assisted deadlock prevention strategy, and modeling and verification of a prototype platform. This proposal can explore how the characteristics of work-pieces and manufacturing resources affects the system’s dynamic reconfiguration ability, and how the developed reconfiguration mechanism affects the system’s performance. Therefore, this proposal contributes theoretical and technical foundation for analysis and design of smart manufacturing system, exhibiting important theoretical significance and engineering application value.

智能工厂基于信息物理融合系统（Cyber-Physical Systems, CPS）理念，实现制造环境的垂直集成，以适应多品种、小批量、个性化产品的大规模定制化生产。动态重构机制是支持多类型工件混流制造的关键技术之一。然而，智能制造环境下，工件种类与数量动态变化、制造资源受约束、系统分布式、物理过程与信息系统深度融合，传统的重构方法并不能很好的满足智能制造的应用需求。因此，需要结合物理层智能实体的自组织以及云层的全局反馈与协调设计新型的动态重构机制。本项目针对RFID标识的多类型工件混流制造，研究云辅助自组织动态重构机制。内容包括：自组织智能协商机制；云辅助的死锁预防策略；原型平台系统建模与实施验证。本项目的实施，可揭示工件特性、资源特性对系统动态重构能力的影响规律以及动态重构机制对系统性能的影响规律，从而为智能制造系统的分析与设计提供理论和技术基础，具有重要的理论意义和工程应用价值。

智能工厂基于信息物理融合系统理念，实现制造环境的垂直集成，以适应多品种、小批量、个性化产品的大规模定制化生产。动态重构机制是支持多类型工件混流制造的关键技术之一。然而，智能制造环境下，工件种类与数量动态变化、制造资源受约束、系统分布式、物理过程与信息系统深度融合，传统的重构方法并不能很好的满足智能制造的应用需求。因此，需要结合物理层智能实体的自组织以及云层的全局反馈与协调设计新型的动态重构机制。本项目针对RFID标识的多类型工件混流制造，研究云辅助自组织动态重构机制。内容包括：自组织智能协商机制；云辅助的死锁预防策略；原型平台系统建模与实施验证。在自组织智能协商机制方面，将物理制造资源抽象成具有计算、控制、通讯能力的智能体。多智能体之间基于合同网协议和自主决策组织生产过程，实现生产资源的动态重构。在云辅助的死锁预防策略方面，阐明了多功能设备和多发类型是导致死锁的原因，提出消除设备冗余子功能、利用冗余设备、利用缓存、利用拥堵控制等四种策略实现死锁预防。在原型平台系统建模与实施验证方面，建立了UniqueCandy个性化什锦糖包装智能工厂原型系统，进行了信息建模、数据建模、实验验证等工作。通过项目实施，获批省级项目2项，发表论文10篇，其中SCI收录论文8篇，第一作者/通讯作者论文7篇，申请发明专利2项，培养博士研究生2名，硕士研究生3名，完成任务书规定的全部指标。本项目的实施，形成智能工厂多品种混流生产动态重构与死锁预防方法这一创新成果，揭示了智能工厂的运行规律，从而能够有效指导智能工厂的设计与实施。该成果成功应用于三家企业，实现了良好的经济社会效益。