第1章 绪论
1.1 模具业发展及研究概况
现代管理技术属于先进制造技术范畴，尽管业界至今还没有对先进制造技术进行严格的定义，但在国际上已经形成广泛的共识，认为先进制造技术（Advanced Manufacturing Technology, AMT）是“传统制造技术不断吸收计算机、信息、自动化、材料及现代管理技术等方面的最新成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷生产，并取得具有市场竞争能力的社会、经济、技术等综合效果的前沿制造技术的总称”。其本质是信息、制造工艺、物流技术和现代管理技术的集合。模具先进制造技术的应用领域主要在信息技术、自动化技术和现代系统管理技术等方。在模具管理技术方面，国内外展开了大量的研究工作。
在国外，许多发达国家的模具企业基本上实现了计算机管理，从生产计划、工艺制定到质检、库存、统计等，普遍使用了计算机，公司内各部门可通过计算机网络共享信息。例如意大利的Galvanin公司，在质量管理中采用了统计过程控制系统（Statistical Process Control，SPC）；在生产过程中，利用抽检的方法，根据统计规律获得制件公差分布和变化曲线，动态地控制产品质量；生产流程的每一环节均采用条码采集数据，实现了全公司的集成化管理。台湾成功大学的部分学者对模具企业生产管理系统的框架也进行有意的探索。伯明翰大学工程学院的Sim.W.M等人研究了支持模具快速加工的集成系统，包括设计和加工的知识库系统，加工监控系统。对模具企业设计生产加工提供帮助。文献[ 10 ]以模具制造企业为例，详细介绍了SIMTech所开发的一个企业范围的加工中心信息技术框架，基于此框架，可有效地对企业的各项作业进行有效的计划、管理和控制。
针对于生产能力与负荷控制方面，许多国外学者对单件生产或单件定货型生产管理的有关问题进行了研究并获得很多成果。国内在模具企业生产管理系统的研究还处于理论研究阶段。大连理工大学对基于Web的模具集成制造系统进行了深入的研究，他们针对模具行业的特点及企业信息化集成过程中出现的问题，提出了适合于模具行业的信息集成体系结构，宋满仓研究了基于成组技术的模具制造技术，采用了一种运用成组技术的核心思想来指导模具设计的方法,以期实现模具敏捷设计，并针对模具的特点提出了一套新的模具零件分类编码系统，为进一步的软件开发奠定了理论基础，同时提出了基于零件编码技术的数据库检索方法；广东工业大学在模具先进制造及管理技术领域的研究非常活跃，陈娟、柳运传、陈庆新等人对基于Holon的模具车间管理和模具特许连锁网络化制造进行了深入研究，提出克服以往模具车间管理与控制方法缺陷的，基于Holon的车间管理与控制系统，分析了模具特许连锁网格化制造系统的特点以及对其物料供应系统的功能要求，运用Holonic控制系统的原理对物流系统建模，提出了基于Holon的物流系统基本模型，并在此基础上提出了与特许连锁相匹配的模具网格化制造系统的新构想，廖仁等研究了模具虚拟企业项目调度，为解决模具虚拟企业资源受限的多项目调度问题，提出了多项目调度的数学模型，在此基础上采用了一种混合遗传算法对问题进行求解，宋宏等研究了考虑冲突的模具生产计划调度系统，重点研究了随机冲突的处理方法与过程，张平等对面向模具制造的资源分类及网格化封装机理进行了研究，为解决中、小模具企业资源共享的需要，提出了一种基于网格技术的模具制造资源网格化封装及其资源协同共享的机理，依照网格框架对各种模具资源进行了网格化封装，资源不全的模具中小企业以网格服务的形式对制造网格资源协同共享；哈尔滨工业大学研究模具敏捷制造方面的相关技术，建立了模具敏捷制造系统模型，研究了基于CORBA和多Agent的模具敏捷制造的工作流管理技术，并利用Petri网对其进行建模；华中科技大学的熊禾根重点研究模具企业车间作业计划管理，通过采用面向对象的方法，对模具企业生产过程中与车间作业计划有关的对象进行了详细地分析和描述，以此为基础，进一步分析了模具企业车间作业计划中的优化目标和约束，建立了相应的动态车间作业计划模型，为模具企业编制切实可行的车间作业计划奠定了基础，在充分考虑模具生产的特点和生产活动之间并行性的基础上,建立了单副模具典型生产过程的细化网络图,提出了一种基于并行工程，网络计划技术和最优化生产技术（OptimalProduction Technology, OPT）的模具生产进度计划编制方法。
1.2 制造执行系统研究现状
1.2.1 制造执行系统的产生背景
制造执行系统（Manufacturing Execution Systems, MES）是面向企业车间层的管理信息系统，作为企业信息化的重要组成部分，它的产生和发展是与企业信息化的发展历程紧密相关的。在制造业信息化发展过程中，由于各种原因造成企业信息系统长期存在以下两个问题：
（1）信息孤岛
在 20 世纪 70 年代末期，随着社会和科学技术的发展及物资的日益丰富，企业面临的压力越来越大，市场全球化导致竞争日趋激烈，企业为了求得在下一世纪的生存和发展，纷纷寻求适合自己的先进的生产管理方式和信息化技术。这时，工厂内出现了生产调度、工艺管理、质量管理、设备维护、过程控制等相互独立的系统，这些系统之间相互独立、缺乏数据共享，从而导致功能重叠、数据矛盾等一系列问题。信息孤岛造成了工厂中制造信息在水平方向的阻断，所带来的问题严重地制约着工厂内各种系统间的协调，阻碍了系统的发展，降低了制造领域信息化的整体作用。
第2章 模具 MES 系统设计
2.1 模具 MES 基本功能
MESA 的 MES 功能模型描述了制造执行系统应具备的基本功能，但其他研究机构对 MES 功能模型也有自己不同见解。由图 1-5 也可以看出，MES 功能也和其他管理信息系统在一定程度上具有功能重叠，所以 MES 功能模型不可能是一成不变的，不同的应用领域可以对 MES 的基本功能进行增、减或修改，以适应本领域应用特点。如果在模具制造领域充分应用计算机辅助工艺规划系统，就可以减轻工艺员的负担，同时提高模具企业工艺设计的效率和质量，避免由于工艺员工艺知识的欠缺给企业带来的损失，同时减少工艺人员紧缺带给模具企业的压力。又由于工艺规划和制造过程紧密联系，所以本文认为应将计算机辅助工艺规划系统纳入模具 MES 之内，使模具 MES 的覆盖范围向上层管理系统扩展。对计算机辅助工艺规划基本功能进行适当改进使其能够处理模具制造业大量存在的不同零件间工艺约束问题，同时根据 MESA 的功能模型保留必要的功能模块，所以本文提出模具制造执行系统的基本功能模型。
项目式管理在模具企业应用比较广泛。在这种生产管理模式中，将订单作为一个项目，按项目管理方式进行管理，由项目组长负责控制模具的进度。设计和制造方面的人员和资源是独立的公共资源，项目组根据实际需要申请各种公共生产资源，如各种机床、生产工具等。而生产管理人员主要督促项目组长工作，并协调公共资源冲突。其特点是生产效率高，并行处理能力强，通过任务的分解可以减小生产过程管理的难度，而且可以提高公共资源的利用率。项目管理的定义为：项目管理就是以项目为对象的系统管理方法，通过一个临时性的专门的柔性组织，对项目进行高效率的计划、组织、指导和控制，以实现项目全过程的动态管理和项目目标的综合协调与优化。由项目管理的定义可知，项目管理强调组织的临时性、柔性，管理的动态性与目标的优化性，同时强调管理行为的高效性。而模具企业的生产组织也应具有上述特点，模具 MES 架构应在项目组织过程中支持跨企业的、面向敏捷制造模式的资源组织方式，为模具车间适应快速多变的生产环境提供组织上的支持。
第3章 考虑工艺相关性的模具零件..................... 47-72
3.1 引言 ....................47-48
3.2 模具零件工艺相关性问题描述.................... 48-51
3.3 形状特征的工艺相关性对模具零件工艺设.................... 51-55
3.4 模具零件工艺设计模型及步骤.................... 55-57
3.5 模具零件单特征模糊工艺推理 ....................57-60
3.6 基于典型工艺路线和遗传算法.................... 60-66
3.7 模具零件工艺设计实例.................... 66-71
3.8 本章小结.................... 71-72
第4章 考虑工艺相关性的模具制造....................72-95
4.1 引言 ....................72
4.2 模具制造优化调度模型.................... 72-75
4.2.1 模具制造优化调度问题描述.................... 72-74
4.2.2 模具制造优化调度模型数学表达.................... 74-75
4.3 生产车间调度问题主要研究方法.................... 75-78
4.4 模具制造优化调度算法研究.................... 78-94
4.5 本章小结.................... 94-95
第5章 模具MES动态调度研究.................... 95-103
5.1 引言.................... 95
5.2 模具MES动态调度过程 ....................95-97
5.3 基于蚁群算法及启发式算法的模具.................... 97-101
5.4 调度应用实例 ....................101-102
5.5 本章小结.................... 102-103
结论
本文通过对模具制造业特点及存在问题的分析，指出建立适合模具制造业特点的制造执行系统，是解决模具企业车间管理中存在问题的有效方法。对模具企业组织方式和生产过程中的技术问题进行了深入研究，取得如下创造性成果：
1. 建立基于多 Agent 系统的模具 MES 体系结构，设计了其中主要 Agent 的功能及各 Agent 间的交互关系。该体系结构是以项目管理为核心的三层混合递阶分布式控制结构，各 Agent 的设计按照逻辑实体映射和功能实体映射相结合的方法，可提高系统的柔性、适应性和敏捷性。
2. 提出考虑模具零件形状特征相关性的工艺设计模型，并设计了相应的工艺设计算法。该模型针对模具零件工艺相关性的不同情况，采取不同的设计方法，为实现具有特征相关性的模具零件计算机辅助工艺设计提供依据，为进一步实现制造调度提供基础数据。
3. 提出考虑不同零件特征相关性的、基于蚁群-启发式算法的模具零件制造调度算法。蚁群算法中利用矩阵解构造图描述组合工序，解决机床选择问题；利用启发式算法解决工序排序问题，最终调度解作为蚁群算法信息素更新的依据。实验结果表明，该算法能够获得优化的可行解。
4. 在蚁群-启发式算法基础上，提出局部更新和全局更新相结合的、基于时间窗口的动态调度策略。该动态调度策略对模具制造过程中不同类型的扰动事件采取不同的调度方法，保证调度的实时性的同时兼顾调度结果的优化性能。
参考文献
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