制造资源配置物理系统在信息空间的映射与重构

　　摘要：随着智能制造的升级，如何规划制造资源的配送，实现智能资源配置成为了“智能车间”建设的重要突破口以及研究难点。因此本文基于信息物理融合技术对智能车间的制造资源配置系统在信息空间的映射与重构技术路线进行了详细阐述，梳理如何构建智能车间制造资源配置系统的物理和虚拟空间关联的信息物理融合模型。

　　关键词： 制造资源配置系统;信息物理系统;映射与重构

　　1 引言

　　目前，随着网络信息技术的高速发展，进一步促进了制造业向智能化、多元化、定制化方向的快速升级转型。在工业4.0、中国制造2025的倡导下，越来越多的制造型企业以“智能车间”为目标进行转型，在智能制造升级的过程中，制造资源配置系统的规划至关重要[1]。如何规划制造资源的配送，实现智能资源配置成为了“智能车间”建设的重要突破口以及研究难点。

　　智能车间具有显著的动态不确定性等特点，考虑到智能车间的高复杂性等因素，因此对车间制造资源配置的实时性、准确性有较高的要求。然而传统的制造资源配置系统建模很难从根本上解决高实时性、强离散性的制造系统的问题。

　　2.智能车间制造资源配置系统建模技术

　　随着智能制造的发展，企业在实际生产中采用了大量的信息化技术，进而引起了大量学者针对制造资源配置系统中的信息化进行研究。赵子义等[2]基于智能制造环境下，从智能物料配送系统的特征、典型智能物料配送系统、物料管理体系构架等方面进行了分析与研究。白晨[3]以汽车总装为研究对象，综合考虑物料配送与库存间的联合需求，提出了基于拉式生产的物料配送方案。韦香情[4]通过研究发动机制造企业实际生产中的问题，在建立物料搬运模型时综合考虑了生产排程、时间以及数量维度的影响，并对作业计划拆分逻辑做了详细研究。刘长石等[5]在配送路径问题中考虑了速度、载重等因素的影响，构建了相应的数学模型。杨智飞等[6]研究了智能车间多AGV系统多目标调度优化问题，并提出了一种自适应多目标遗传差分的进化算法。蒋捷峰等[7]提出了一种物理设备对象元模型到面向对象建模的方法，改变了制造业智能化升级的约束限制。

　　然而目前针对智能车间制造资源配置系统的建模往往停留在先将物理系统抽象成为模型，用于指导物理系统，而模型与物理系统是相对分开的，缺乏描述物理模型与信息模型集成及交互的机制，难以从根本上解决高实时性、强离散性的制造资源配置的问题。

　　3. 制造资源配置系统在信息空间映射过程

　　制造资源配置系统作为智能车间核心组成部分，其包含了物流单元、仓储单元、缓冲单元、生产物料、容器、测试单元、典型工具工装等物理单元;包含了产品信息、工艺信息、销售订单、生产订单、供应链信息、物料信息等信息单元以及控制要素主要包括了对各类物理单元和信息单元的控制指令;人员指与产品生产过程有关的操作工人、物料转运、维修人员、工艺员、设计员等;通讯单元指的是其他各单元内部以及各单元之间的信息通讯。、

　　信息物理融合与数字孪生技术的出现为制造资源配置系统信息物理融合提供了全新的视角和建模世界观，但是众多学者分别从概念模型与应用模型理论方面进行研究，缺少对智能车间的制造资源配置系统的信息物理融合技术路线的描述。因此，本文对智能车间的制造资源配置系统映射与重构技术路线进行详细阐述，梳理如何构建智能车间制造资源配置系统的物理和虚拟空间关联的信息物理融合模型。

　　如图1所示，首先对智能车间中的典型制造资源配置系统进行调研与分析，辨识出其组成要素、物理结构特征、逻辑关联特征以及运行机制等关键要素，并对其提炼其共性特征，然后对系统关键要素进行抽象、分类以及统一形式化定义和图形化表达，以此构建智能车间制造资源配置系统的数据化与图形化建模体系，然后基于配置逻辑和知识构建出制造资源配置系统的结构、行为和通讯等数字孪生模型，实现物理空间中的制造资源配置系统及其配送活动在信息空间中的虚拟重构和真实表达，最终实现制造配置系统的异构物理本体在信息空间的统一映射，形成制造资源配置系统数字融合模型。通过提取各元素、构件及其连接方式的配置规则与组合知识，实现各类制造资源配置物理系统在信息空间的快速虚拟重构。

　　结论

　　在工业4.0、中国制造2025的倡导下，越来越多的制造型企业以“智能车间”为目标进行转型，在智能制造升级的过程中，制造资源配置系统的规划至关重要。基于此，本文对制造资源配置系统在信息空间的映射和构建过程进行详细的描述，为智能车间实施提供了有利的过程指导。

　　参考文献：

　　[1]谭建荣， 刘振宇. 智能制造： 关键技术与企业应用[M]. 北京： 机械工业出版社， 2017.

　　[2]赵子义， 王砚良， 周曌等. 浅谈智能物料配送[J]. 内燃机与配件， 2019(06)： 171-172.

　　[3]白晨. 基于MES的汽车总装生产线的管理系统设计与实现[D]. 北京工业大学， 2017.

　　[4]韦香情. 面向时间与数量维度的物料上线逻辑研究与车间配送管理系统设计[D]. 广西大学， 2017.

　　[5]刘长石， 申立智， 盛虎宜等. 考虑交通拥堵规避的低碳时变车辆路径问题研究[J]. 控制与决策， 2020， 35(10)： 2486-2496.

　　[6]杨智飞， 苏春， 胡祥涛等. 面向智能生产车间的多AGV系统多目标调度优化[J]. 東南大学学报(自然科学版)， 2019， 49(6)： 1033-1040.

　　[7]蒋捷峰， 胡瑞飞， 殷鸣等. 智能制造数字化车间信息模型[J]. 兵工自动化， 2019， 38(6)： 70-74.

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