基于多色集合理論的信息建模與優(yōu)化技術(shù)

前言

　　近十多年來，信息技術(shù)成為制造技術(shù)發(fā)展的最重要因素，信息本身在制造過程和系統(tǒng)中占有越來越重要的位置，現(xiàn)代產(chǎn)品的信息含量在產(chǎn)品中所占的比重不斷增大，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和響應(yīng)速度主要受到制造信息的制約?！　↑h中央提出的“用信息化帶動制造業(yè)現(xiàn)代化，用高新技術(shù)改造制造業(yè)，以實現(xiàn)制造業(yè)跨越發(fā)展”戰(zhàn)略，為我國發(fā)展先進(jìn)制造與自動化技術(shù)指明了方向?！　∽鳛橄冗M(jìn)制造技術(shù)理論基礎(chǔ)的現(xiàn)代制造科學(xué)是技術(shù)科學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)的交叉融合，它涉及制造系統(tǒng)和制造過程的理論和建模，制造信息和知識的獲取、處理、傳遞及應(yīng)用，制造模式與生產(chǎn)管理理論與方法，產(chǎn)品的現(xiàn)代設(shè)計理論與方法，制造過程及制造系統(tǒng)中的測量，監(jiān)控理論和方法以及制造自動化理論等方面?，F(xiàn)代制造科學(xué)的深入研究對于解決我國制造業(yè)中關(guān)鍵的基礎(chǔ)性科學(xué)問題，為我國制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供新的理論和關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，具有重大意義?！　‖F(xiàn)代制造科學(xué)中支持產(chǎn)品創(chuàng)新的制造系統(tǒng)以及制造過程的理論和建模技術(shù)涉及面廣，技術(shù)難度大，是制造技術(shù)現(xiàn)代化必須解決的基礎(chǔ)問題之一?！　≈圃煜到y(tǒng)建模就是用適當(dāng)?shù)慕７椒▽⒅圃煜到y(tǒng)抽象地表達(dá)出來，通過研究系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特性，對制造系統(tǒng)進(jìn)行分析、綜合及優(yōu)化?！　∮媒７椒ㄑ芯恐圃煜到y(tǒng)的目的是：　?。?）更好地理解和表達(dá)系統(tǒng)，支持對系統(tǒng)的分析和綜合?！　。?）支持新系統(tǒng)的設(shè)計或支持現(xiàn)有系統(tǒng)的重構(gòu)。　?。?）支持對系統(tǒng)運行的監(jiān)測和控制?！　≈圃煜到y(tǒng)的建模方法是制造系統(tǒng)工程方法體系的重要組成部分。從對象方面來看，制造系統(tǒng)中需要用模型來加以描繪的對象有：產(chǎn)品、資源、信息、組織和決策以及企業(yè)過程?！　∧Ｐ陀糜谥圃旃こ桃延泻荛L的歷史了，但真正意義上的制造系統(tǒng)的建模始于20世紀(jì)70年代，雖然經(jīng)過近40年的發(fā)展，但由于制造系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，其建模問題遠(yuǎn)沒有解決?？偟恼f來，制造系統(tǒng)建模還是一個正在發(fā)展中的遠(yuǎn)未成熟的領(lǐng)域，制造系統(tǒng)中還有大量的建模問題有待深入研究；已建立的模型中，許多還有待于完善和發(fā)展，需要眾多的理論工作者和實踐者的共同努力來完成?！　《嗌侠碚摚╬olychromatic sets theory，PST）是著名的飛行器設(shè)計與制造專家Pavlov教授通過數(shù)十年的科研實踐，在航空工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)展出的一種新的系統(tǒng)理論。

內(nèi)容概要

本書介紹了多色集合理論的三種基本模型：多色集合圍道矩陣+多色圖模型，UML+多色集合集成模型，多色集合層次結(jié)構(gòu)模型，簡述了利用基于多色集合約束模型的遺傳算法求解優(yōu)化問題的思路。在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了以上建模理論在工作流過程建模、分析與優(yōu)化以及汽車覆蓋件綜合信息模型建立等問題中的研究和應(yīng)用，并論述了采用基于多色集合約束模型的遺傳算法求解柔性作業(yè)車間調(diào)度問題和加工中心上箱體類零件加工工步優(yōu)化排序問題的方法。這些技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)后，能縮短產(chǎn)品的研制周期，提高產(chǎn)品的設(shè)計和制造質(zhì)量，降低研制費用，加快對市場需求的響應(yīng)速度，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。

書籍目錄

《21世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)叢書》序前言第一篇 多色集合理論的基本模型　第1章 多色集合理論概述　第2章 色集合理論的三種基本模型第二篇 基于UML+多色集合理論的集成建模方法及應(yīng)用　第3章 制造企業(yè)工作流過程研究的框架與建模理論　第4章 基于UML+多色集合的工作流過程集成建模方法　第5章 基于多色集合理論的工作流過程模型分析與優(yōu)化　第6章 支持動態(tài)變更的制造企業(yè)工作實例遷移第三篇  多色集合的層次結(jié)構(gòu)模型及應(yīng)用　第7章 基于UML+多色集合的工作流組織資源建模與配置　第8章 基于多色集合理論的汽車覆蓋件信息模型的建立第四篇 基于約束模型的遺傳算法優(yōu)化求解　第10章 車間動態(tài)月工作日歷的設(shè)計及應(yīng)用　第11章 一次裝夾下箱體零件加工工步排序優(yōu)化模型分析　第12章 基于約束模型的遺傳算法進(jìn)行加工工步排序附錄

章節(jié)摘錄

　　4.1.3 UML+多色集合集成建?？蚣堋　ML是圖形化的建模語言，具有面向?qū)ο蠓椒ǖ睦^承和封裝特點，有利于實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化和模型的重復(fù)使用。同時UML提供的大量圖形化的符號特別適合于業(yè)務(wù)過程的建模，且易于實現(xiàn)從UML模型到程序代碼（如Java，C++）的轉(zhuǎn)換。然而，UML不是形式化的建模語言，缺乏嚴(yán)格的語法和語義，用UML描述的模型缺乏嚴(yán)密有效的驗證和分析方法?！　《嗌侠碚摰暮诵乃枷胧鞘褂孟嗤臄?shù)學(xué)模型來仿真不同的對象（產(chǎn)品、設(shè)計過程、工藝過程和生產(chǎn)系統(tǒng)等）及其元素間的層次結(jié)構(gòu)和復(fù)雜關(guān)系。利用多色集合理論建立系統(tǒng)模型后，可以使用析取、合取等布爾變量運算法則以及并集、交集、差集、補集等多色集合之間以及多色圖之間的運算法則，對系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為進(jìn)行嚴(yán)密的數(shù)學(xué)分析和直觀的計算機仿真。因此，多色集合在問題的形式化研究方面前進(jìn)了一步，具有明顯的優(yōu)勢。然而，利用多色集合理論直接為實際系統(tǒng)建模時，對設(shè)計人員的領(lǐng)域知識要求較高。盡管多色集合理論提供了布爾矩陣和多色圖等圖形化的表示方法，但人們對其理解起來還是有一定難度?！　「鶕?jù)上述分析，UML和多色集合理論各具特點。UML屬于圖形化的建模方法，建模元素含義豐富，直觀易懂，能夠有效地描述系統(tǒng)，所建模型易于程序?qū)崿F(xiàn)，且有大量的軟件包和工具集支持。而多色集合屬于形式化的建模理論，具有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，能夠形式化地分析系統(tǒng)，所建模型易于計算機仿真。本書把UML和多色集合理論結(jié)合起來，發(fā)揮各自的可讀性和可分析性優(yōu)勢，構(gòu)建了UML和多色集合集成建模框架，如圖4.2所示?！　ML十多色集合理論的集成建?？蚣馨▋蓚€層次：基于UML的圖形化建模和基于多色集合的UML模型形式化。前者采用UMI。圖為制造企業(yè)工作流過程或工作流組織資源建立UML模型，后者基于多色集合理論，將制造企業(yè)工作流過程或工作流組織資源的UML模型形式化映射為PS圍道矩陣模型。下面簡要介紹這兩個層次。　　1）基于UML的圖形化建?！　τ诮o定的一個制造企業(yè)，首先需要分析問題，了解建模需求。UML的用例圖正是進(jìn)行需求獲取和描述的有效工具，它以圖形化的方式溝通用戶、領(lǐng)域?qū)＜?、模型?guī)劃者和軟件設(shè)計者之間的信息，使建立的模型盡可能滿足用戶的需求。然后利用從UML2.0中重新提煉的基本建模元素，進(jìn)行制造企業(yè)經(jīng)營過程描述和設(shè)計，建立工作流過程的UML活動圖模型。

圖書封面

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