现代制造系统 教学课件 作者 罗振璧 朱耀祥 等编著 第八章 新一代制造系统 快速可重构制造系统.ppt

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1、第八章新一代制造系统——快速可重构制造系统第一节　可重构性与快速可重构制造系统设计基础第二节　制造系统的过程效应和系统的寿命期第三节RRMS系统的规划第四节RRMS系统的设计第一节　可重构性与快速可重构制造系统设计基础一、可重构性(Reconfigurability)二、设计、科学公理与设计过程三、设计问题、设计域与设计矩阵四、现有公理设计的理论体系五、发明问题求解理论的基础一、可重构性(Reconfigurability)1.可重构性产生的背景2.可重构性的定义3.可重构性的科学基础：拓扑相似性1.可重构性产生的背景可重构性和可快速重构

2、系统/产品的设计已经成为当代制造科学研究的热点与前沿。可重构性是一种广义的相似性。在过去半个多世纪，有过两种不同的相似性方法：其一是设计相似性(DesignSimilarities)，其二是工艺相似性。在20世纪30～40年代根据设计相似性已经开发出基于设计的分类编码系统，并在某些部门获得成功应用。1.可重构性产生的背景1920193019401950196019701980199020002010市场环境按工序特征应用成组技术提高工效降低成本通过规模经济降低成本进行市场竞争适应产品品种发展和质量提高进行市场竞争敏捷响应产品创新加速的全球

3、化市场竞争应用成组工艺原理组织非自动化生产平衡工时负荷提高机床利用率通过试切、测量和调整保证加工精度专用机床多刀多面组合加工各工序节拍严格平衡质量保证主要靠精度储备通用数控机床按工序集中原则安排应用缓冲存储实现稳定生产加工质量用动态统计控制通过系统和机床的重组实现工艺优化机床品种和结构模块调整实现均衡生产过程效应控制加速重组的质量提升制造系统发展及其特点多品种单件小批生产刚性制造系统DML/TL单品种或少品种大批量生产柔性制造系统FMS/FMC/FML多品种成批生产快速重组制造系统RRMS多族品种变批量生产年代机群式制造系统MS图8-1可

4、重构性产生的背景2.可重构性的定义1997年美国依阿华州立大学的G.H.Lee把可重构性定义为，以低的成本和短的周期重组(重构)制造系统的能力。密歇根大学的Y.Koren等人1997和1999年两次修改他们对可重构制造系统(RMS)的定义。Lee与Koren定义的共同点是把可重构性理解为制造系统规划、设计与使用范畴的概念。3.可重构性的科学基础：拓扑相似性(1)创立可重构系统的理论框架及其工程设计理论、方法(2)构建组态与可重构系统的随机过程模型与仿真技术。(3)建造基于可重构模块单元的规划、设计集成与优化的理论、方法(4)确立可重构模块

5、系统组态可移动性的理论及其测度。(5)建立过程效应与可诊断性设计(DFD)理论与全寿命工程设计。(6)开发可重构系统的运作管理原理等。RRMS物理组态集成与整合运行与决策规划与设计布局规划优化经济可承受性评估系统随机模型设备/组元接口整合原理控制策略组态原理可诊断性设计原理与过程效应研究图8-2RRMS的科学基础二、设计、科学公理与设计过程1.设计的定义2.科学公理对科学技术发展的作用3.设计过程及其相关的概念1.设计的定义图8-3设计域与设计螺旋链(参考Suh,1990改)2.科学公理对科学技术发展的作用鉴于科学公理对科学技术发展的重大

6、作用，NamP.Suh及其领导的研究小组认为，设计公理的发现将可能导致设计理论与方法的科学化与设计的创新。他们在20世纪80年代首先形成12条假定的公理，最后归结为两条设计公理——独立公理与信息公理。基于这两条公理建立了16条定理与8条推论。经过国内外多项工业项目设计实践的验证，确定了它的正确性。3.设计过程及其相关的概念(1)设计过程。(2)设计过程的阶段。(1)设计过程图8-4设计的循环网络(Wilson,1980)(2)设计过程的阶段图8-5系统或产品全寿命设计的阶段(2)设计过程的阶段图8-6系统设计过程中的反馈特性(2)设计过程

7、的阶段图8-7系统与产品设计的各阶段(参考Baxter,1994)三、设计问题、设计域与设计矩阵1.设计问题2.设计域3.设计矩阵1.设计问题系统设计要解决的主要问题有：要实现什么?如何实现?前一个问题指的是，设计的目标是什么?第二个问题是指如何实现设计目标?设计的目标是通过调查研究与需求分析正确地定义设计的目标，以最优的设计解决方案快速响应顾客的需求、市场“气候”与企业可利用的资源，通过达到TCS目标最终实现TSS的企业/组织目的。2.设计域表8-1四个设计域的基本特征(Suh,2001)顾　客　域功　能　域物　理　域过　程　域制造定义

8、顾客希望的属性（CA/CN）规定产品功能要求（FR）满足功能要求的物理参数（DP）可控设计参数的过程变量（PV）材料要求的功能要求的性能材料的显微结构过程（工艺）软件对软件的期望属性对程序编码