1、可重構制造系統(tǒng)（RMS）是一類構形可變的新型制造系統(tǒng)，借助于構形的變化能以經(jīng)濟的方式準確地提供各生產(chǎn)周期所需的功能和產(chǎn)能。RMS系統(tǒng)運作中的一個關鍵問題是在已知上一生產(chǎn)周期內(nèi)的構形和即將到來的生產(chǎn)周期（當前生產(chǎn)周期）內(nèi)的生產(chǎn)任務的基礎上，為當前生產(chǎn)周期選擇怎樣的構形，即最優(yōu)構形選擇問題。對RMS最優(yōu)構形選擇這一復雜的多目標組合優(yōu)化問題，尚缺乏系統(tǒng)化的、行之有效的求解理論與方法。 針對這一情況，在國家重點基礎研究計劃的項目“復雜生

2、產(chǎn)制造過程實時、智能控制與優(yōu)化理論和方法研究”的資助下，圍繞課題“生產(chǎn)制造系統(tǒng)重構過程的實時協(xié)調(diào)控制理論與方法研究”，本文開展了對產(chǎn)品變化程度中等、中到高產(chǎn)量需求模式下，可重構加工系統(tǒng)的最優(yōu)構形選擇方法的研究，并提出了一種有效的系統(tǒng)化求解方法——三階段方法。本文主要研究成果如下： 1．提出了綜合考慮多方面的性能準則又切實可行的RMS最優(yōu)構形選擇的三階段方法的框架?；诜謱右?guī)劃的思想，將RMS最優(yōu)構形選擇問題分解為依次進行的三個階

3、段來求解：RMS構形優(yōu)化、候選構形的性能分析和構形選擇。在第一階段，通過選擇部分重要且易于計算的指標作為目標函數(shù)，將RMS最優(yōu)構形選擇問題簡化為RMS構形優(yōu)化問題，并求解RMS構形優(yōu)化問題獲得前K優(yōu)構形，這K個構形稱為候選構形集。在第二階段，對候選構形集中各構形在前一階段中未涉及的耗時和難于計算的性能指標進行分析。在最后階段，采用多目標決策方法，融入企業(yè)的決策偏好從候選構形集中選擇一個最滿意的構形作為當前生產(chǎn)周期的最優(yōu)構形。 2

4、．建立了RMS的單零件流水線（SPFL）和多零件流水線（MPFL）構形優(yōu)化的0-1非線性規(guī)劃數(shù)學模型。流水線構形中待優(yōu)化的參數(shù)包括工作站數(shù)量、各個工作站內(nèi)設置的機床的類型和數(shù)量以及所分配的工位操作（OS）。所建立的模型放寬了已有模型中一個工作站中只允許分配同一零件的一個工位操作的假設，而是允許在一個工作站中分配同一零件的多個工位操作。從而大大拓展了可行解空間，且解空間中包含優(yōu)于現(xiàn)有模型最優(yōu)解的可行解。所建立的模型的正確性和優(yōu)勢通過實例對

5、比得到了驗證。 3．提出了求解具有NP-hard復雜度的SPFL和MPFL構形優(yōu)化問題的有效方法。 對SPFL構形優(yōu)化問題，提出了一種系統(tǒng)的求解方法：面向優(yōu)先圖的方法。該方法充分利用零件的工序優(yōu)先圖的特點來獲取高質(zhì)量的解。對強序優(yōu)先圖，利用工序和OS的關系以及工序優(yōu)先圖，采用全拓撲排序算法獲得所有的可行工位操作序列（FOS）；隨后采用增廣設備圖構建算法構建關聯(lián)所有FOS的復合增廣設備圖模型，通過求解復合增廣設備圖上的約束

6、K最短路徑（CKSP）問題獲得前K優(yōu)SPFL構形。對于一般優(yōu)先圖，發(fā)展出了一種面向FOS的遺傳算法快速獲取前K優(yōu)構形。通過采用基于優(yōu)先權的編碼方式和基于零入度拓撲排序算法的解碼方法，確保了每個染色體對應一個FOS；通過選擇合適的交叉和變異算子，保證了染色體在進行遺傳算子操作后的可行性。對于每個解碼出來的FOS，采用了圖論方法獲得關聯(lián)該FOS的最優(yōu)SPFL構形。因而，搜索空間被限制在一個與所有FOS關聯(lián)的最優(yōu)SPFL構形構成的解空間中。在

7、這個精化了的解空間中進行搜索，大大提高了GA的搜索效率并增加了獲得全局最優(yōu)解的可能性。 對MPFL構形優(yōu)化問題，提出了適于從小規(guī)模到大規(guī)模問題求解的面向可行工位操作分配的遺傳算法（FOAOGA）。在FOAOGA中，染色體只記錄了可行工位操作分配（FOA）的信息，并采用了一種直接表示FOA的編碼方式，通過記錄各個零件的FOS中各OS所分配的工作站的ID，表征了一個FOA。所提出的編碼和解碼方法確保了每個染色體對應一個FOA。對FO

8、A給出具有強多項式時間性質(zhì)的FOAOCS算法以快速獲得關聯(lián)該FOA的最優(yōu)MPFL構形。因而FOAOGA搜索的空間被限定在關聯(lián)所有FOA的最優(yōu)MPFL構形所組成的子空間中。在這個精化了的子空間中進行搜索大大提高了GA的效率，同時也增加了獲得全局最優(yōu)解的可能性。 以上SPFL和MPFL構形優(yōu)化方法，通過案例對比研究驗證了其優(yōu)勢和有效性。 4．構建了用于RMS構形選擇的構形評價指標體系，解決了加工系統(tǒng)中零件的尺寸偏差的預測和重

9、構成本的計算問題。所建立的層次結構的指標體系中涵蓋了生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量、轉(zhuǎn)換性、縮放性和成本五方面的評價準則，各準則下又包含了相應的定量指標集。 在加工系統(tǒng)零件尺寸偏差預測方面，綜合各工作站中夾具誤差、基準誤差和加工誤差對零件尺寸偏差的影響，建立了串聯(lián)多級加工系統(tǒng)中尺寸偏差在各工作站間傳遞的系統(tǒng)級模型，并將各種構形的加工系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為等價的串聯(lián)多級加工系統(tǒng)，隨后由蒙特卡羅仿真得到加工系統(tǒng)中零件的尺寸偏差。通過實例驗證了加工系統(tǒng)零件尺寸

10、偏差預測模型和方法的有效性。 在重構成本計算方面，所建立的重構成本模型主要考慮了設備添置費用和重構活動的勞動力成本，給出了與勞動力成本計算相關的重構規(guī)劃問題的基于規(guī)則的啟發(fā)式求解方法。在求解從源構形重構到目標構形的重構規(guī)劃問題后，獲得了最優(yōu)（近優(yōu)）重構動作序列，據(jù)此能有效估算重構成本。 5．建立了可重構制造系統(tǒng)構形選擇這一多準則決策問題的層次結構模型，提出了一種混合AHP決策法。該方法的主要特點是對定性因素由模糊互補判斷