仿真技术在制造业中的应用与发展

在制造企业产品设计和制造的过程中,计算机仿真一直是不可缺少的工具,它在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用。制造业竞争的日趋激烈,促使各国研究和应用先进制造技术。先进制造技术的应用和发展,为计算机仿真的应用提供新的舞台,提出更高的要求。从发展的历程来看,仿真技术应用的领域空前的扩大,已从传统的制造领域（生产计划制定、加工、装配、测试）扩展到产品设计开发和销售领域。而与网络技术结合所带来的仿真的分布性、与图形和传感器技术相结合所带来的仿真的交互性、以及仿真技术应用的集成化,是仿真技术在制造业中应用的新趋势。按照仿真技术应用的对象不同,可将制造业中应用的仿真分为四类：面向产品的仿真;面向制造工艺和装备的仿真;面向生产管理的仿真;面向企业其它环节的仿真。本文将从以上四个方面,介绍计算机仿真在制造业中的具体应用。本文最后还介绍了虚拟现实和拟实制造的概念,作为计算机仿真在制造业中应用的展望。     

制造业企业网络联盟的合作生产管理

以顾客为中心的制造业企业网络联盟合作生产是倍受国内外关注的一种新型生产组织形式.在对制造业企业网络联盟合作生产的典型组织形式、类型和方式分析的基础上,提出了联盟合作生产的集成计划与控制方法体系和模型,并针对分布式多企业联盟的特点给出了相应的合作生产管理策略,从而拓展了现有的生产计划控制方法和管理手段,并可为制造业企业网络联盟合作生产管理实践提供参考方法和策略支持.     

人工智能背景下工业机器人发展水平综合动态评价研究——以制造业为例

工业机器人是一种能够自动控制，并可进行编程的机器，它也是制造业智能化改造的重要基础.从某种程度上来说，工业机器人的发展水平可以作为衡量一个国家工业自动化水平的关键要素.以十五个主要的制造业工业机器人制造、购买、使用国为研究对象，利用时序全局主成分分析方法，对各国2010-2017年的工业机器人及制造业、经济发展数据进行分析.从11个指标中提取了工业机器人发展强度、工业机器人产业需求、工业机器人经济规模效应等三个主成分，建立三维综合动态评价指标体系，对我国工业机器人的发展动态变化进行综合评价.     

CIMS加工过程实时三维动画仿真

本文介绍一个用于CIMS加工过程实时动画仿真软件RMPS的设计与实现。该系统以三维动画预演实际的加工过程,实时仿真加工过程中状态变化和状态转移的细节,为CIMS中开展虚拟单元技术和复杂调度技术的研究,检查NC代码的正确性和有效性,调试设备控制器提供工具。RMPS直接安装在CIMS物流系统中,并实时地由NC码驱动。该软件系统已在IBM-PC机上使用C语言实现,动画刷新速度不少于2幅/秒。     

半导体制造系统的优化调度模型

在流体网络模型的基础上建立了以减小平均在制品水平目标的半导体制造系统的调度模型，这些模型通常很难求解，但它们是可分解的，即可以把整个调度周期上的调度问题分解为一系列子区间上的调度子问题，在半导体生产环境下，子问题可以进一步简化，把上述结果当作调度规则直接应用于基于仿真的调度方法、可以克服流体网络模型的近似性，同时，由于充分利用了系统全局的状态信息，提高了仿真调度的优化能力。     

可拆卸产品混合制造物流网络优化模型

针对可拆卸产品,将回收产品拆解、分类后重新利用,建立可拆解产品混合制造物流网络模型,用来确定各设施的位置、数量以及物流分配。该模型的特点是:多产品、多周期、有能力限制、产品可拆卸为备件、并将供应商考虑在模型之内的混合制造网络模型,将正向物流和逆向物流整合,并考虑运输整合,同时优化正向物流和逆向物流。通过一个算例验证模型的有效性。     

基于遗传禁忌混合搜索算法的设备布局研究

针对设备布局影响制造系统的总体功效的问题,但同时遗传算法在实际应用中,出现早熟现象,爬山能力弱,等一系列缺点提出遗传禁忌混合搜索算法,该算法将遗传算法和禁忌搜索相结合,遗传算法的交叉算子中增加记忆功能,避免迂回搜索,以禁忌搜索作为遗传算法的变异算子。通过实例计算,证明遗传禁忌混合搜索算法是一种行之有效的算法,对解决设备布局这类组合优化问题具有实用价值。     

大批量定制生产与敏捷制造方式的比较

大批量定制生产方式和敏捷制造方式都力图实现以大批量的效益进行定制产品生产。介绍了敏捷制造方式，分析了大批量定制生产方式的特点，并比较了这两种方式的异同点。讨论了如何在我国发展大批量定制生产与敏捷制造方式的问题。     

面向零件成组加工的EWMA控制图及其性能分析

零件成组加工是现代制造企业所采取重要的加工方法之一,将围绕零件或组加工加工方法中如何使用EWMA(ExponentiallyWeightedMovingAverage)控制图进行过程质量监控等问题展开讨论,提出通过统计聚类形成"零件族",对同一"零件族"采用统一的EWMA控制图的应用策略,详细讨论统计聚类条件对EWMA控制图性能所产生的影响,并给出了统计聚类的基本原则与应用步骤.     

Kind of deadlock-free scheduling method

Deadlock must be avoided in a manufacturing system. In this paper, an efficient algorithm for finding an optimal deadlock-free schedules in a manufacturing system with very limited buffer is presented. This algorithm is based on the effective genetic algorithm (GA) search method, and a formal Petri net structure is introduced to detect the token player assuring deadlock-free. In order to make the scheduling strategy generated by GA meet the required constraint of deadlock-free, some results of the structure analysis of Petri net are involved as a criterion to select deadlock-free schedule from the population generated by GA. The effectiveness and efficiency of the proposed approach is illustrated by using an example.     

VUCA情境下运营冗余对组织韧性的影响——持续创新能力的调节作用

组织韧性通过重构组织资源和流程等手段，能够帮助企业应对危机并利用危机实现逆势增长。其中，运营资源在为企业带来运营负担的同时，也为不确定性提供缓冲，保障企业可持续运营。在当前新冠疫情冲击全球制造业的大背景下，如何提升VUCA情境下组织韧性是企业特别是制造业企业所关切的重要现实问题，正吸引越来越多学者的积极关注。本研究以2008-2020年中国制造业企业的面板数据为研究样本，实证分析了运营冗余对组织韧性的影响，并深入考察了持续创新能力的调节效应。本研究结果表明：运营冗余对组织韧性有显著的U型影响。同时，持续创新能力对运营冗余及其3个子维度分别与组织韧性间关系有显著的正向影响。本研究基于“资源-能力”理论分析框架，识别了影响组织韧性中增长性与波动性的两类关键条件，为提升VUCA情境下本土制造业企业组织韧性，提供了具有针对性的理论指导与决策建议。     

Graphical-based reliability evaluation of multiple distinct production lines

This paper proposes a graphical-based methodology to evaluate the performance of a manufacturing system in terms of network model.We focus on a manufacturing system which consists of multiple distinct production lines.A transformation technique is developed to build the manufacturing system as a manufacturing network.In such a manufacturing network,the capacity of each machine is multistate due to failure,partial failure,or maintenance.Thus,this manufacturing network is also regarded as a multistate network.We evaluate the probability that the manufacturing network can meet a given demand,where the probability is referred to as the system reliability.A simple algorithm integrating decomposition technique is proposed to generate the minimal capacity vectors that machines should provide to eventually satisfy demand.The system reliability is derived in terms of such capacity vectors afterwards.A practical application in the context of IC card manufacturing system is utilized to demonstrate the performance evaluation procedure.     

仿真优化在制造系统中的应用现状及发展趋势

仿真优化技术是实现传统制造向可预测制造、科学制造转变的关键技术,目前已经引起科学界和企业界的广泛关注。在阐述了仿真优化基本原理和方法的基础上,介绍了国内外仿真优化技术在制造系统中各个层次的应用概况、研究成果及各种仿真优化系统采用的开发工具,并对国内外发展状况进行了简要的对比分析,指出了目前仿真优化研究中存在的问题以及主要发展趋势。     

基于准实验分析的债券融资对企业创新绩效影响研究

本文以制造业上市公司经验数据为研究样本,利用准实验研究方法,结合倾向得分匹配思想和双重差分模型,对债券融资与创新绩效的内生性进行有效控制的基础上,实证检验了债券融资对制造业创新绩效的影响.研究结果显示:债券融资能够显著促进制造业企业的创新绩效,实验组企业的创新绩效显著高于控制组;进一步地,债券融资规模与创新绩效之间具有正相关关系,债券发行数量越多,创新绩效水平越高;此外,在债券融资的影响因素方面,企业规模、成长性、资产负债率和现金债务比是影响制造业企业债券发行的主要因素.研究结论证实了债券持有者对企业创新活动的包容性,并且债券融资的流动性、长期性等特征能够帮助企业在债券市场实现投资者与创新活动的匹配,进而为提升制造业创新绩效奠定基础.     

虚拟制造内涵及其应用研究

虚拟制造是信息时代制造技术的重要标志，是建模与仿真技术对制造业的全方位改造，本文结合国家CIMS中心的最近研究进展。研讨了虚拟制造技术的内涵和体系结构，介绍了虚拟制造技术在典型产品开发中的应用。     

基于改进狼群算法与仿真的单元调度优化

单元制造是现代生产系统的重要组织形式.对制造单元的调度过程中,机器故障与中断是很常见的问题,机器空转造成的能源浪费也不可忽视,相关研究具有重要现实意义.考虑单元调度中的机器中断和能耗,建立了一个最小化所有工件完工时间及机器闲置能源消耗和中断成本的整数规划模型,并提出了一种基于改进狼群算法和离散事件仿真的混合优化方法加以...     

半导体制造中具有非重入过程的自动组合装置的性能分析

将面向资源的着色、赋时Petri网(coloredtimedresource orientedPetrinet,CTROPN)用于半导体制造业中自动组合装置的建模.CTROPN具有较强的建模能力,能够准确描述自动组合装置的加工过程.借助该模型,对非重入加工过程的初始特性、稳态特性和结束特性进行详细的分析.     

云制造环境下考虑不确定性的产品配置优化

越来越多的大规模定制企业借助于云制造技术实现产品的个性化定制。针对云制造环境下的产品配置问题, 提出了基于鲁棒优化的方法建立最小化配置总成本为目标的优化模型, 并考虑了云制造成本和时间的不确定性。运用基于budget 和区间的不确定集来刻画参数的扰动性。通过对偶理论, 将其转化为鲁棒等价模型, 从而可以采用 CPLEX 进行求解。以一个配置案例为例论证了鲁棒优化模型的有效性。最后, 设计了不同的算例进行仿真实验, 证明了鲁棒优化解在应对不确定风险时更为稳健、能够显著改善产品的准时交货期。     

PREDECESSOR-SET TECHNIQUE FOR RELIABILITY EVALUATION OF A STOCHASTIC MANUFACTURING SYSTEM

This paper studies the reliability evaluation of a stochastic manufacturing system with multiple production lines in parallel.Multiple repairs and different failure rates,never simultaneously addressed in earlier works,are taken into account.First,a revised graphical methodology integrating transformation and decomposition is utilized to construct the stochastic manufacturing system as a multi-state manufacturing network(MSMN).In particular,a "predecessor-set" technique is proposed to deal with multiple repairs.An algorithm is proposed to generate the lowest capacity vectors(LCVs)that stations should provide to satisfy the workloads.Subsequently,the system reliability of the MSMN,which is defined as the probability of demand satisfaction,is calculated in terms of the LCVs.A real case of a printed circuit board manufacturing system is utilized to demonstrate how the system reliability can be evaluated.A further decision making issue is addressed based on the derived system reliability.     

基于网络制造的仿生自组织协同进化

本文用现代生物进化理论中的超循环理论研究基于网络制造模式的形成和进化机制 ,对合作企业之间、企业与网络资源之间和企业与企业形象之间的协同进化进行了分析 ,认为该模式的形成如同生命的起源一样是超循环的结果 ,是以自组织的方式进行的 ,具有自组织、自增进和相互增进、竞争和协同进化等特点.