面向服务的信息物理融合生产系统本体建模与仿真

作     者：贺靖伦 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：鄂明成

授予年度：2019年

学科分类：120202[管理学-企业管理（含：财务管理、市场营销、人力资源管理）] 12[管理学] 1202[管理学-工商管理] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：信息物理融合生产系统 制造资源建模 本体 面向服务 Anylogic仿真 

摘      要：随着科学技术的快速发展,以及市场需求的不断变化,各制造业强国都提出了以智能制造为核心的新一轮工业发展战略,旨在通过实施以信息通讯技术为核心的信息物理融合系统(Cyber-Physical Systems,CPS)技术实现智能制造,而基于CPS的新一代分布式生产模式,即信息物理融合生产系统(Cyber-Physical Production Systems,CPPS)成为了相关领域的研究重点。近几年,针对CPPS的研究主要倾向于系统架构、关键技术和应用场景的研究,而针对新生产模式下的制造资源虚拟化与服务化关键技术研究仍然存在以下问题:(1)CPPS系统具有较高的动态与异构特性,因此,如何构建一种分布式生产环境下的制造资源虚拟化参考框架,以期解决CPPS系统内制造资源的统一分类、定义、描述与共享问题,从而支撑CPPS系统的快速可重构建模;(2)在实现CPPS制造资源虚拟化的基础上,如何实现CPPS制造资源模型与制造任务的动态匹配与数据融合,从而支撑CPPS系统的动态运行。综上所述,本文主要围绕上述两个问题,着重从CPPS制造资源的服务化、虚拟化以及任务需求动态匹配方面展开研究:(1)首先,针对新生产模式下的制造资源虚拟化与服务化研究所存在的问题,本文以一种面向服务的信息物理融合生产系统(Service-oriented Cyber-Physical Production System,So-CPPS)为研究对象,对So-CPPS的内涵、整体架构及特征进行研究。(2)其次,在对So-CPPS制造资源的内涵与特征进行提炼的基础上,采用面向对象的思想,基于资源的层次、智能、粒度与功能特性对So-CPPS制造资源进行抽象分类与详细定义,从而建立一种面向So-CPPS系统的制造资源体系。(3)据此,运用形式化方法对So-CPPS制造资源体系进行描述,并基于本体构建So-CPPS制造资源的语义模型和数据模型,完成So-CPPS制造资源的全局统一描述与共享,实现基于本体的So-CPPS制造资源虚拟化组态配置,支撑So-CPPS系统的快速可重构建模;在实现全局制造资源语义描述与语义理解的基础上,以动态制造任务需求为驱动因素,基于So-CPPS制造资源数据模型,构建面向任务需求的制造资源动态匹配模型,实现So-CPPS制造资源模型与制造任务的动态匹配与数据融合,支撑CPPS系统的动态运行。(4)最后,基于上述研究结果,结合应用场景完成So-CPPS制造资源本体模型的实例化;在此基础上,运用Anylogic仿真平台进行So-CPPS本体模型的仿真,验证具体应用场景中So-CPPS制造资源本体模型对于资源的统一分类、定义、描述与共享,以及在此基础上,验证So-CPPS制造资源模型与制造任务的动态匹配与数据融合。本文共包含图60幅,表30个,参考文献73篇。