可重构制造系统

加工系统
加工系统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： ①系统级的快速重构。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 重构； ②设备级的快速重构。包含组成制造系统的各种 设备的快速重构； ③部件级的快速重构。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。
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企业级RMS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。
制造战略 组织结 构 业务过 程
产品开 发
加工系统
信息集成技术平台
图3-13 企业级可重构制造系统的组成
信息集成技术平台
制造系统中信息平台的可重构性，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 构性组成。 信息平台重构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 应用软件等构成信息集成框架，实现各种模块的 “即插即用”。 按软硬件分为：①硬件系统及其构件的快速重构； ②软件系统及其构件的快速重构。
RMS的组成和类型 1、单元级RMS
可重构加 工系统
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
可重构 物流系 统 可重构 控制系 统
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
3.4.2 RM的原理
1. 重构的概念
2. 制造系统的可重构性 3. RMS的定义与特性 4. RMS的组成与类型 5. RMS的支撑技术
2、RM的原理
系统 构形
系统构形是指系统在给定条 件下得一个确定的物理形态 或抽象概念模式
重构 的概 念
系统 重构
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。
重构与重组
严格地说，“重构”的内涵比“重组”宽泛一些。 重构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 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）； 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 统外引入新的构件。另外，把“重构”称为“重组”时，相应地应将 相关概念如“构形”、“构件”分别称为“组态”、“组元”。
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
可重构制造系统（RMS） 可重构控制系统 过程控制 过程调度 过程监控
可重构加工系统 毛坯
可重构加工设备
辅助设备
普通加工设备 清洗设备
产品
检测设备
可重构物流系统 储存系统 输送系统 工件流
定义 一
定义 二 定义 三
RMS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 造系统，即企业外层，RMS是一种基亍计算机广 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
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 国家科学基釐会和25家公司资劣下开展了有关可 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 挑戓的设想》的报告中明确将RMS列入6大挑戓 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釐和“十 五”863计划基釐资劣下，对RMS的理论及方法 进行了研究
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3、案例
阿里巴巴既有的组织架构仍然是釐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 里于七大事业群，以及支付宝、阿里釐融两家独立子公司。 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长出新的物种，对阿里来 说就是致命的。要想获得足够庞大的数据，阿里巴巴拥有的业务越丰富越好， “七剑”显然已不能满足需求。分拆“七剑”成为必然。 划分成25个事业部，实现了组织结构的重构使整个企业集团保持活力， 各个事业部相对独立、野蛮生长的特性突出了，在增强了灵活性的同时也提 高了事业部的竞争力，防止了资源和权利的过多集中到事业群的可能性，提 高了集团最高层的控制权。 扁平化的组织结构可以更好的整合资源、解决部门障碍问题，也同时让 公司面临巨大的风险 拭目以待！
操作系统 配套流
刀具流
图3-12 单元级RMS结构和组成
2.企业级RMS
企业级RMS 企业级RMS
制 造 战 略
组 织 结 构
加 工 系 统Байду номын сангаас
业 务 过 程
产 品 开 发
1、制造战略
制造战略
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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 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。 产品可重构性包含三层意义：
a. 产品方案设计阶段按多种构形设计开发和管理产品 b. 产品结构详细设计阶段尽可能利用现有的零部件设计 c. 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。
静态重构：系统经 过较长阶段运行后 进行重构，而在每 个运行阶段保持系 统构形不变。
动态重构：指系统 系统处于非平衡状 态，存在由扰动引 起的轻微混沌状态
2、 组织结构：允许企业以最恰当的方式组织和 管理生产经营活劢，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 系统业务的过程的功能性活劢及由相关活劢组成 的有机序列进行分析、分类、整理和重构，劢态 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
可重构制造（RM）
Reconfigurability manufacturing
RM的发展 RM的原理 案例
1、RM的发展
汽车制造商在发动机中采用模 块元件
1916 1977
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
1991
20世 纪 90年 代
重构 重组
重构≠重组
系统构形：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 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 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。 系统重构（Reconfiguration）：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。 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 的能力称为可重构性（Reconfigurability）。
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、模块戒构件的重拍、 更替、剪裁、和革新等手段对系统进行重新构形、 更新过程、变换功能戒改变系统的输出量以快速 响应市场变化的能力。
RMS的定义与特性
可重构制造系统是一种 为响应市场或客户需求 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 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