可重构制造系统

1、可重构制造（RM）Reconfigurability manufacturingvRM的发展vRM的原理v案例1、RM的发展19161977199120世纪90年代汽车制造商在发动机中采用模块元件日本开始研制柔性加工单元（FMC)，明确引进了“模块结构”的新概念。福特提出了模块化轿车概念产品品种、批量的不断更新；客户个性化的生产要求；市场的快速变化；新技术的不断更新和变化；各种政策、法规的不断变化；制造系统研制周期长一成为制造系统发展的瓶颈路在何方 系统研制周期的缩短可通过对其模块化的构件设计和对已有制造系统进行重构来实现。 1996年美国密执安大学工程研究中心在美国国家科学基金会和25家公司

2、资助下开展了有关可重构制造系统（RMS)的研究1997年首次正式提出RMS的概念。 1998年美国国家研究委员会在2020年制造挑战的设想的报告中明确将RMS列入6大挑战和10大关键技术中，而且RMS名列10大关键技术之首。 1997年我国在国家自然科学基金和“十五”863计划基金资助下，对RMS的理论及方法进行了研究3.4.2 RM的原理1. 重构的概念重构的概念2. 制造系统的可重构性制造系统的可重构性 3. RMS的定义与特性的定义与特性 4. RMS的组成与类型的组成与类型 5. RMS的支撑技术的支撑技术 2、RM的原理重构的概念系统重构重构重组系统构形系统构形是指系统在给定条件下得

3、一个确定的物理形态或抽象概念模式系统重构也称为重组或重配置，是系统从一种构形向另一种构形的转移。重构重组v系统构形系统构形：是指系统在给定条件下的一个确定的：是指系统在给定条件下的一个确定的物理形态或抽象概念模式。任何系统都呈现一个物理形态或抽象概念模式。任何系统都呈现一个临时性固定状态，即表现出一种构形。构形是系临时性固定状态，即表现出一种构形。构形是系统进化轨迹上的一个突变点。构形包括由其所有统进化轨迹上的一个突变点。构形包括由其所有构件组成的整体集合、构件的属性和构件间的空构件组成的整体集合、构件的属性和构件间的空间、时间、功能和逻辑关系等内容。间、时间、功能和逻辑关系等内容。v系统重构

4、系统重构（ReconfigurationReconfiguration）：也称为重组或重也称为重组或重配置，是系统从一种构形向另一种构形的转移。配置，是系统从一种构形向另一种构形的转移。它是系统生存和发展的基本手段。能够进行构形它是系统生存和发展的基本手段。能够进行构形变化的系统称为可重构系统，而系统进行可重构变化的系统称为可重构系统，而系统进行可重构的能力称为可重构性（的能力称为可重构性（ReconfigurabilityReconfigurability）。）。v 重构与重组重构与重组 严格地说，严格地说，“重构重构”的内涵比的内涵比“重组重组”宽泛一些。宽泛一些。 重构重构指重新构造系统

5、的结构及重新组合系统的功能，可能需要从系统指重新构造系统的结构及重新组合系统的功能，可能需要从系统外引入新的构件，或从系统中移出已有构件，或用一个构件替换另一外引入新的构件，或从系统中移出已有构件，或用一个构件替换另一个构件（物理重构），或保持己有系统构件不变而改变生产作业计划个构件（物理重构），或保持己有系统构件不变而改变生产作业计划（逻辑重构）；（逻辑重构）； 重组重组指重新组合，一般仅在系统原有构件的基础上进行，不必从系指重新组合，一般仅在系统原有构件的基础上进行，不必从系统外引入新的构件。另外，把统外引入新的构件。另外，把“重构重构”称为称为“重组重组”时，相应地应将时，相应地应将相关

6、概念如相关概念如“构形构形”、“构件构件”分别称为分别称为“组态组态”、“组元组元”。 v制造系统的可重构性 制造系统的可重构性是指一种可以按照规划和设计规定的变化，利用子系统、模块或构件的重拍、更替、剪裁、和革新等手段对系统进行重新构形、更新过程、变换功能或改变系统的输出量以快速响应市场变化的能力。vRMS的定义与特性定义定义一一可重构制造系统是一种能按市场需求变化和系统规划与设计的规定，以重排、重新利用和更新系统或子系统组态的方式，实现低的重组成本，短的系统研制周期和斜升时间，高的质量和投资效益，快速调整制造过程、制造功能和制造生产能力的可变制造系统可重构制造系统是一种为响应市场或客户需求

7、的突然变化，快速调整在一个零件族内的生产能力和生产功能，在最初就设计称为可快速改变结构由硬件与软件的构件组成的制造系统可重构制造系统是一种对环境变化具有快速响应能力的，可重新实现系统构形的，满足系统决策属性要求的制造系统定义定义三三 定义定义 二二vRMS的定义 狭义的RMS：对单元级制造系统，如加工作业层，RMS是一种由可重构设备及调度控制软件等构成的可重构加工系统，相应的可重构物流系统和可重构控制系统组成的制造系统 广义的RMS包括两级，其一是其一是对企业级制造系统，即企业层，RMS是一种包含企业组织、产品、过程和加工系统、物流系统、控制系统重构等多个方面的可变制造系统。其二是对全球制造系

8、统，即企业外层，RMS是一种基于计算机广域网络和敏捷制造的快速响应制造系统，又称快速重构制造系统vRMS的组成和类型 1、单元级RMS 它是完成物性任务转换的具有可重构性的执行系统，其加工设备在工件、刀具和控制三个方面均与其他子系统相关联的接口加工设备间通过控制系统作用下的物流系统相关联它与加工系统的构形、运行等直接相关，主要用于建立加工设备间的联系，在整个系统运行过程中一直处于可进行随机调度的工作状态，而且其工作状态可随时被调整用于快速响应各种变化，及时调整系统运行状态，以保证加工系统中不同加工设备间、加工系统与物流系统间的自动协调工作可重构加可重构加工系统工系统可重构可重构物流系物流系统统

9、可重构可重构控制系控制系统统 可重构制造系统（可重构制造系统（RMS）图图3-12 单元级单元级RMS结构和组成结构和组成可重构加工系统可重构加工系统可重构加工设备可重构加工设备普通加工设备普通加工设备辅助设备辅助设备检测设备检测设备清洗设备清洗设备可重构物流系统可重构物流系统储存系统储存系统输送系统输送系统操作系统操作系统工件流工件流刀具流刀具流配套流配套流可重构控制系统可重构控制系统过程控制过程控制过程调度过程调度过程监控过程监控毛坯毛坯产品产品2.2.企业级企业级RMSRMS 企业级企业级RMSRMS企业级企业级RMS组织结构加工系统业务过程产品开发制造战略1、制造战略ThemeGall

10、ery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.制造战略制造战略动态重构：指系统动态重构：指系统系统处于非平衡状系统处于非平衡状态，存在由扰动引态，存在由扰动引起的轻微混沌状态起的轻微混沌状态静态重构：系统经静态重构：系统经过较长阶段运行后过较长阶段运行后进行重构，而在每进行重构，而在每个运行阶段保持系个运行阶段保持系统构形不变。统构形不变。 2、 组织结构：允许企业以最恰当的方式组织和管理生产经营活动，快速和经济的向客户提供产品和服务 3、业务过程：针对制造过程的可变性，对制造

11、系统业务的过程的功能性活动及由相关活动组成的有机序列进行分析、分类、整理和重构，动态改变由系统设备布局、作业计划等确定的人员、加工设备等的操作时序及物流路径，构造定义明确的具有针对性的业务过程4、产品开发 产品重构是指在设计初期由用户需求变化、材料产品重构是指在设计初期由用户需求变化、材料节约和环境保护等因素驱使而进行的涉及产品全生节约和环境保护等因素驱使而进行的涉及产品全生命周期的重构。命周期的重构。b. b. 产品结构详细设计阶段尽可能利用现有的零部件设计产品结构详细设计阶段尽可能利用现有的零部件设计 a. a. 产品方案设计阶段按多种构形设计开发和管理产品产品方案设计阶段按多种构形设计开

12、发和管理产品 c. c. 采用面向环境的设计技术，考虑产品再利用和环境保护采用面向环境的设计技术，考虑产品再利用和环境保护等因素，减少生态影响，对旧零件进行回收利用。等因素，减少生态影响，对旧零件进行回收利用。 产品可重构性包含三层意义：产品可重构性包含三层意义： 18加工系统加工系统主要指产品加工与装配设备的重构。主要指产品加工与装配设备的重构。 按重构的加工系统层次分类：按重构的加工系统层次分类：系统级系统级的快速重构。包括生产线、物流系统或的快速重构。包括生产线、物流系统或者制造单元的生产能力、制造过程和功能的快速者制造单元的生产能力、制造过程和功能的快速重构；重构；设备级设备级的快速重

13、构。包含组成制造系统的各种的快速重构。包含组成制造系统的各种设备的快速重构；设备的快速重构；部件级部件级的快速重构。包含各种功能部件、组件的快速重构。包含各种功能部件、组件与工具、其他刀具与辅助系统的快速重构。与工具、其他刀具与辅助系统的快速重构。加工系统加工系统企业级企业级RMSRMS如图3-13所示。这些组成部分源于制造系统的层次性，也表明它的可重构性具有层次性。图图3-13 企业级可重构制造系统的组成企业级可重构制造系统的组成信息集成技术平台信息集成技术平台 组织结组织结构构业务过业务过程程产品开产品开发发加工系统加工系统制造战略制造战略20 信息平台重构信息平台重构是指为实现制造系统的

14、可重构性，是指为实现制造系统的可重构性，构建具有可重构性的由计算机网络、硬件平台和构建具有可重构性的由计算机网络、硬件平台和应用软件等构成信息集成框架，实现各种模块的应用软件等构成信息集成框架，实现各种模块的“即插即用即插即用”。 按按软硬件软硬件分为分为：硬件系统及其构件的快速重构；硬件系统及其构件的快速重构； 软件系统及其构件的快速重构。软件系统及其构件的快速重构。制造系统中信息平台的可重构性制造系统中信息平台的可重构性，是由应用软件、，是由应用软件、集成框架（中间件）和计算机网络三方面的可重集成框架（中间件）和计算机网络三方面的可重构性组成。构性组成。 信息集成技术平台信息集成技术平台3、案例 阿里巴巴既有的组织架构仍然是金字塔式的公司科层制。目前阿里巴巴集团分为淘宝、一淘、天猫、聚划算、阿里国际业务、阿里小企业业务和阿里云七大事业群，以及支付宝、阿里金融两家独立子公司。 邵晓锋承认，淘宝和天猫的交易总额正在快速增长，但是卖家数量却到了一个缓慢增长的阶段。固有的生态系统如果无法