复杂成套设备关联建模技术及其应用研究

作     者：胡舟宇 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：伊国栋;张树有

授予年度：2013年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：复杂成套设备 关联建模 矫直设备动态模型 矫直生产线建模 关联矩阵树 MATLAB/AMESim协同运算 

摘      要：复杂成套设备是现代制造业的核心,其构成设备间耦合程度高、关联关系错综复杂。目前对复杂成套设备的研究基本集中在对局部设备微观关联的分析上,而对复杂成套设备整体宏观关联的相关研究较少。 精密金属板带矫直生产线作为冶金行业的重要加工装备是一种典型的复杂成套设备。现有理论难以从全局准确表达生产过程中整线设备的复杂关联关系,行业内迫切需要可行的解决方案。 本文结合精密板带矫直生产线的特点提出了基于关联矩阵树结构的复杂成套设备关联建模技术,并进行了具体的应用研究。首先,基于设计结构矩阵理论定义了矫直生产线关联矩阵树模型以表达矫直生产线设备的整体关联关系。然后,给出了模型底层矩阵中关联强度的具体定义和求解方法;通过研究关联矩阵树层次间的映射关系,提出了矫直生产线关联矩阵树模型的层次演化构建方法。最后,通过AMESim与MATLAB的协同运算,基于实际工程应用,完成了矫直生产线设备关联建模平台的构建。本文所提出的技术及其实现方法具有重要的理论和现实意义,将相关理论应用于实际项目中,取得了良好的效果。 第一章介绍了复杂成套设备关联建模的研究现状。概述了精密板带矫直技术的发展现状及矫直生产线的构成与特点,指出了目前行业内对精密板带矫直生产线整线设备关联关系认知能力不足的问题,说明了关联建模技术对矫直生产线整体设计,分析,优化的重要意义。最后给出了全文的研究背景、主要研究内容和组织结构框架。 第二章为实现对精密板带矫直生产线设备关联关系的完整表达,从矫直设备的工作原理出发,定义了矫直基本功能单元作为矫直生产线的基本构成元素;根据矫直生产线设备间网络化关联的特征,基于设计结构矩阵理论提出了矫直生产线关联矩阵树模型的相关定义。 第三章建立了矫直基本功能单元的动态模型,结合矫直生产线的工作特点分析了矫直设备关联要素在动态模型中的表现形式,给出了矫直基本功能单元动态模型响应特性与关联强度的映射函数,实现了矫直生产线关联矩阵树模型底层矩阵中关联强度的准确计算。 第四章提出了基于拓扑网络的元素重要度求解算法,分析了矫直生产线关联矩阵树模型的层次演化原理,实现了矫直生产线关联矩阵树模型下层矩阵向上层矩阵的准确映射。在此基础上给出了矫直生产线关联矩阵树模型的具体构建流程,并通过具体的模型应用实例说明了此构建方法的可行性和模型对矫直生产线设备关联关系表达的适用性。 第五章依托浙江大学-博亚精工院士工作站,结合企业项目要求,在AMESim环境下建立了矫直设备动态模型库;在MATLAB与AMESim协同运算的框架下开发了矫直生产线设备关联建模平台,对平台的具体实施方案进行了说明。通过在博亚精工负责设计生产的鞍钢精密板带矫直生产线项目中的应用,验证了本文所提出理论方法的可行性和适用性。 第六章总结了全文的主要工作和理论创新点,对研究过程中有待改进之处进行了归纳,同时对本课题下一步的研究方向进行了展望。