虚拟制造是以信息技术和计算机仿真技术为基础,对实际制造过程进行仿真,从而缩短新产品实际制造时间,提高企业的竞争力。可重构虚拟制造系统可以根据产品变化,由产品工艺变化驱动、快速重构虚拟制造系统。通过虚拟制造过程的分析,可以评价制造系统的整体布局、物流运动、设备运行、数字产品质量、制造时间与成本等问题;可以快速地重构虚拟制造设备、虚拟制造单元和虚拟制造系统,进一步对新的系统进行可制造性分析,保证实际制造系统的一次性成功。 本文首先分析了可重构虚拟制造系统的特征、功能及其应用等情况,在比较不同体系结构的虚拟制造系统优缺点的基础上,结合我们的研究成果和课题背景,提出基于Web开放式模块化的可重构虚拟制造系统的体系结构,为虚拟制造设备、制造单元和制造系统的重构,系统布局和制造过程仿真奠定了基础。 研究了虚拟设备的重构问题。首先将设备可以分解成若干部件、部件分解成若干零件,进一步将零件完整模型分解为几何模型和属性仿真模型。本文用UG软件、VRML2.0文件、UG Open开发接口以及OpenGL语句的功能获取零件的几何模型;通过定义设备中各零件的运动变换矩阵、运动自由度、运动范围和速度等参数,得到每一零件在其运动链上的运动属性仿真模型。不同几何模型和属性仿真模型的组合和重用可以构造不同零件的完整模型,不同零件完整模型按一定规则对接装配可以构造部件完整模型;不同零件、部件的完整模型按一定规则对接装配就可以构造虚拟设备模型。虚拟设备可以在虚拟工作人员或用户的操作下进行工件的制造过程仿真和数字产品的性能分析。 分析了虚拟设备模型的数据结构,为重构制造单元和系统设备的配置提供了依据。针对特定的加工任务集合以及可利用的设备资源集合,在满足交货期、制造设备加工能力和设备间运输时间等约束条件下,提出了以工件加工成本、运输成本(时间)、工件在系统内运输所产生的管理费用三者总和最小为单元重构的目标函数,并运用自适应遗传算法优化制造单元重构,并进行了实例分析。 布局规划问题在制造过程中起着重要作用。一个合理的布局规划可以充分发挥单元制造的优势。我们将虚拟制造系统的布局问题归为物理布局和逻辑布局两种情况。采用流程线分析方法和遗传算法相结合进行系统的物理布局优化设计;通过自动引导小车最佳路径选择和阻塞系数的分析来实现系统的逻辑布局优化设计。 我们将制造过程仿真归为宏观层次仿真和微观层次仿真两种情况。宏观层次仿真主要归结为动态调度问题时,提出了基于序列号的混合编码与级联编码相结合的遗传