大规模定制关键问题建模与应用研究

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1、分类号学号2005532710022学校代码10487密级博士学位论文大规模定制关键问题建模与应用研究学位申请人：曾敏学科专业：空间信息与科学技术指导教师：王乘教授答辩日期：2011年9月日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterofPublicAdministrationKeyIssuesConcerningMassCustomization:ModelingandApplicationResearchCandidate:ZengM

2、inSpatialInformationScienceMajor:andtechnologySupervisor:Prof.WangChengHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074，P.R.ChinaSeptember,2011华中科技大学博士学位论文摘要随着人们生活水平的提高和消费理念的转变，家具的客户需求呈现多样化和个性化的趋势，这种转变引起制造企业的竞争环境发生了巨大的变化，表现在产品生命周期缩短、多品种小批量生产比例增大和市场的动态多变。为了适应竞争环境，企业必然选择定制

3、生产模式。定制生产模式根据客户的具体要求有针对性地进行生产，充分满足客户的个性化需求，但是，与大批量生产模式相比，定制生产模式降低了生产效率，影响企业的效益，进而又将阻碍定制生产模式的推广应用。因此，探求提高定制生产模式的生产效率的方法和途径是一个具有理论意义和应用价值的课题。本文相关研究针对技术水平较低的中小型制造业，通过将企业员工，与机器组成动态的柔性生产线，进行统一的生产调度管理和改造，实现了大规模定制生产，对其它中小型企业的大规模定制也有重要的参考价值和借鉴作用。板式家具大规模定制的研究现在主要集中在家具快速设计和板材套裁优化两个

4、方面。至于生产过程的优化，即板式家具大规模定制的生产调度优化还未见有专门的论述。在家具快速设计方面：已有多个设计软件，但这些软件主要注重产品外观的显示和模块化设计。用虚拟现实来展现设计师的设计，由消费者判断设计是否符合自己的需求。用模块化提高设计速度。应用中发现两个问题：一是用户需求的捕捉主要靠设计师和用户沟通来实现，虚拟现实的效果和实际效果存在较大错别，往往客户签字认可了的设计，生产完成在客户家安装后，客户并不喜欢，这样，定制家具设计就变成了一个遗憾的设计。如何正确捕捉客户需求，就成为定制家具设计的重要研究课题。二是产品设计和工艺设计分

5、离，在设计师完成产品设计后，还要花时间进行工艺设计，加长了定制家具制造时间，同时易于出错。如何实现产品设计、工艺设计的并行一体化，也是定制家具设计和生产中的重要研究课题。在板材套裁优化方面，本身就是一个NP难问题。板材在定制家具成本中占45%以上的比例，进一步提高套裁优化效果是一个长期的研究改进课题。同时目前的相关I华中科技大学博士学位论文研究还没有达到直接实现数控加工控制。板式家具大规模定制的生产调度优化需要有适应大规模定制的信息平台，大规模定制是一种信息化制造的生产方式，订单个性化信息的及时处理，以及定制产品在生产企业内部和企业间的跟

6、踪控制能力和信息共享程度，是决定大规模定制生产能否实施的关键因素。但是现在定制家具企业看到的只是能带来订单的网站平台，能做数据统计的仓库管理平台，而缺乏一个综合信息平台。如何建立定制家具企业的综合信息平台，简易地显示各类统计数据，是定制家具企业急需解决的重要课题。针对定制家具大规模定制研究中上述重要课题，本文主要做了如下工作：研究基于功能粒度模型的快速设计系统的建模方法和真实感虚拟现实的实现技术；研究基于并行工程和知识设计数据库，生成产品全生命周期的各类所需数据；针对大批量定制生产方式的批生产调度问题，研究实时生产数据智能分批建模，粒子群

7、多目标优化算法的应用与改进，以及优化过程的计算机实时可视化问题；研究比普通矩形布局问题难度更高的“一刀切”的板材排料优化算法，研究对非数控裁板机和数控裁板机的柔性制造系统改造；研究如何直观地、集中地显示出订单与时间相关的各类统计信息，研究其可视化表达方法，使生产管理人员能直观地了解跟踪的各类生产信息，进行动态调整。论文主要创新点如下：(1)采用功能粒度分析和模糊推理方法建立动态的功能单元模块数据库，实现客户需求的快速捕捉和设计数据库的聚类搜索。结合单元功能模块、特征建模、空间数据模型与知识化表达的建模结构，实现基于CAD/CAPP/CAM

8、并行工程的板式家具快速设计系统。(2)针对柔性生产线的多目标优化批调度问题，提出了平行机继列分批调度模式。设计了自适应元胞自动机变异粒子群多目标优化算法，其创新点在于使用元胞自动机进行变异搜索