摘要：隨著智能制造的升級(jí)，如何規(guī)劃制造資源的配送，實(shí)現(xiàn)智能資源配置成為了“智能車間”建設(shè)的重要突破口以及研究難點(diǎn)。因此本文基于信息物理融合技術(shù)對(duì)智能車間的制造資源配置系統(tǒng)在信息空間的映射與重構(gòu)技術(shù)路線進(jìn)行了詳細(xì)闡述，梳理如何構(gòu)建智能車間制造資源配置系統(tǒng)的物理和虛擬空間關(guān)聯(lián)的信息物理融合模型。

　　關(guān)鍵詞： 制造資源配置系統(tǒng);信息物理系統(tǒng);映射與重構(gòu)

　　1 引言

　　目前，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的高速發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了制造業(yè)向智能化、多元化、定制化方向的快速升級(jí)轉(zhuǎn)型。在工業(yè)4.0、中國制造2025的倡導(dǎo)下，越來越多的制造型企業(yè)以“智能車間”為目標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)型，在智能制造升級(jí)的過程中，制造資源配置系統(tǒng)的規(guī)劃至關(guān)重要[1]。如何規(guī)劃制造資源的配送，實(shí)現(xiàn)智能資源配置成為了“智能車間”建設(shè)的重要突破口以及研究難點(diǎn)。

　　智能車間具有顯著的動(dòng)態(tài)不確定性等特點(diǎn)，考慮到智能車間的高復(fù)雜性等因素，因此對(duì)車間制造資源配置的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性有較高的要求。然而傳統(tǒng)的制造資源配置系統(tǒng)建模很難從根本上解決高實(shí)時(shí)性、強(qiáng)離散性的制造系統(tǒng)的問題。

　　2.智能車間制造資源配置系統(tǒng)建模技術(shù)

　　隨著智能制造的發(fā)展，企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中采用了大量的信息化技術(shù)，進(jìn)而引起了大量學(xué)者針對(duì)制造資源配置系統(tǒng)中的信息化進(jìn)行研究。趙子義等[2]基于智能制造環(huán)境下，從智能物料配送系統(tǒng)的特征、典型智能物料配送系統(tǒng)、物料管理體系構(gòu)架等方面進(jìn)行了分析與研究。白晨[3]以汽車總裝為研究對(duì)象，綜合考慮物料配送與庫存間的聯(lián)合需求，提出了基于拉式生產(chǎn)的物料配送方案。韋香情[4]通過研究發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的問題，在建立物料搬運(yùn)模型時(shí)綜合考慮了生產(chǎn)排程、時(shí)間以及數(shù)量維度的影響，并對(duì)作業(yè)計(jì)劃拆分邏輯做了詳細(xì)研究。劉長石等[5]在配送路徑問題中考慮了速度、載重等因素的影響，構(gòu)建了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。楊智飛等[6]研究了智能車間多AGV系統(tǒng)多目標(biāo)調(diào)度優(yōu)化問題，并提出了一種自適應(yīng)多目標(biāo)遺傳差分的進(jìn)化算法。蔣捷峰等[7]提出了一種物理設(shè)備對(duì)象元模型到面向?qū)ο蠼５姆椒ǎ淖兞酥圃鞓I(yè)智能化升級(jí)的約束限制。

　　然而目前針對(duì)智能車間制造資源配置系統(tǒng)的建模往往停留在先將物理系統(tǒng)抽象成為模型，用于指導(dǎo)物理系統(tǒng)，而模型與物理系統(tǒng)是相對(duì)分開的，缺乏描述物理模型與信息模型集成及交互的機(jī)制，難以從根本上解決高實(shí)時(shí)性、強(qiáng)離散性的制造資源配置的問題。

　　3. 制造資源配置系統(tǒng)在信息空間映射過程

　　制造資源配置系統(tǒng)作為智能車間核心組成部分，其包含了物流單元、倉儲(chǔ)單元、緩沖單元、生產(chǎn)物料、容器、測(cè)試單元、典型工具工裝等物理單元;包含了產(chǎn)品信息、工藝信息、銷售訂單、生產(chǎn)訂單、供應(yīng)鏈信息、物料信息等信息單元以及控制要素主要包括了對(duì)各類物理單元和信息單元的控制指令;人員指與產(chǎn)品生產(chǎn)過程有關(guān)的操作工人、物料轉(zhuǎn)運(yùn)、維修人員、工藝員、設(shè)計(jì)員等;通訊單元指的是其他各單元內(nèi)部以及各單元之間的信息通訊。、

　　信息物理融合與數(shù)字孿生技術(shù)的出現(xiàn)為制造資源配置系統(tǒng)信息物理融合提供了全新的視角和建模世界觀，但是眾多學(xué)者分別從概念模型與應(yīng)用模型理論方面進(jìn)行研究，缺少對(duì)智能車間的制造資源配置系統(tǒng)的信息物理融合技術(shù)路線的描述。因此，本文對(duì)智能車間的制造資源配置系統(tǒng)映射與重構(gòu)技術(shù)路線進(jìn)行詳細(xì)闡述，梳理如何構(gòu)建智能車間制造資源配置系統(tǒng)的物理和虛擬空間關(guān)聯(lián)的信息物理融合模型。

　　如圖1所示，首先對(duì)智能車間中的典型制造資源配置系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研與分析，辨識(shí)出其組成要素、物理結(jié)構(gòu)特征、邏輯關(guān)聯(lián)特征以及運(yùn)行機(jī)制等關(guān)鍵要素，并對(duì)其提煉其共性特征，然后對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵要素進(jìn)行抽象、分類以及統(tǒng)一形式化定義和圖形化表達(dá)，以此構(gòu)建智能車間制造資源配置系統(tǒng)的數(shù)據(jù)化與圖形化建模體系，然后基于配置邏輯和知識(shí)構(gòu)建出制造資源配置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為和通訊等數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)物理空間中的制造資源配置系統(tǒng)及其配送活動(dòng)在信息空間中的虛擬重構(gòu)和真實(shí)表達(dá)，最終實(shí)現(xiàn)制造配置系統(tǒng)的異構(gòu)物理本體在信息空間的統(tǒng)一映射，形成制造資源配置系統(tǒng)數(shù)字融合模型。通過提取各元素、構(gòu)件及其連接方式的配置規(guī)則與組合知識(shí)，實(shí)現(xiàn)各類制造資源配置物理系統(tǒng)在信息空間的快速虛擬重構(gòu)。

　　結(jié)論

　　在工業(yè)4.0、中國制造2025的倡導(dǎo)下，越來越多的制造型企業(yè)以“智能車間”為目標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)型，在智能制造升級(jí)的過程中，制造資源配置系統(tǒng)的規(guī)劃至關(guān)重要。基于此，本文對(duì)制造資源配置系統(tǒng)在信息空間的映射和構(gòu)建過程進(jìn)行詳細(xì)的描述，為智能車間實(shí)施提供了有利的過程指導(dǎo)。

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