1、制造執(zhí)行系統(tǒng)是面向制造過程的新型車間生產管理與控制信息系統(tǒng)，強調了以時間為關鍵的現代制造思想，填補了計劃管理層與控制層之間的信息斷層，是實現企業(yè)全面信息集成的關鍵，也是實施敏捷制造的重要基礎。目前，對制造執(zhí)行系統(tǒng)的研究和開發(fā)更多關注的是生產管理與控制的自動化和制造過程的自動化，阻礙了在生產過程復雜、人員密集、自動化程度低的離散制造業(yè)中的應用。針對這一問題，本文在分析和總結制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能、特點、發(fā)展歷程、研究現狀和制造系統(tǒng)發(fā)展趨勢的基

2、礎上，結合“以人為中心的生產”的思想和國家自然科學基金資助項目“人機協(xié)同的車間數字化制造模式研究”的立項方案，提出了以人為中心的制造執(zhí)行系統(tǒng)(HcMES)的概念，研究了關鍵技術，對適合我國國情的制造執(zhí)行系統(tǒng)技術進行了有益的探討。 論文分析了網絡化制造環(huán)境下，離散制造業(yè)車間生產管理與控制系統(tǒng)的需求和面臨的挑戰(zhàn)，闡述了HcMES的思想、內涵和功能，給出了定義，建立了功能模型。針對敏捷制造對生產控制結構的可重構、可重用和可伸縮要求，在

3、詳細分析和總結車間控制結構和制造資源組織形式的基礎上，提出了面向訂單的虛擬制造單元和由車間層、虛擬單元層、資源層組成的三層混合控制結構。 論文探討了基于多Agent的HcMES軟件開發(fā)技術，給出了Agent的通用結構、HcMES的多Agent功能模型和混合控制結構的多Agent層次結構，描述了主要Agent的功能、交互行為和行為內容；針對設備單一Agent建模所帶來的網絡通信量過大、響應速度慢的問題，在功能分解的基礎上，提出由設

4、備任務Agent和設備監(jiān)控Agent組成的設備雙代理機制；為了縮小Agent的交互范圍，提高響應速度，提出基于可用資源集的虛擬單元組織結構；在綜合分析Agent之間各種通信方式優(yōu)缺點的基礎上，對HcMES的不同層次設計了不同的通信策略；根據HcMES中多Agent的應用要求和KQML語言與XML技術的特點，給出了由KQML保留述行語和車間制造擴展述行語組成的外部語言、基于XML的車間制造標記語言的內部語言和基于XML文檔類型/模式的本體

5、組成的通信消息格式和通信模型。探討了HcMES中Agent的組織管理機制和軟件體系結構，給出了層次化軟件結構模型。 論文對HcMES生產調度問題進行了形式化描述，在分析人機協(xié)同調度的思想和方式、JIT生產方式下人工調度的一般過程、HcMES調度問題的多目標優(yōu)化特征的基礎上，給出了基于虛擬單元的任務級、基于設備任務Agent招投標的設備級和基于遺傳算法的車間級的三級人機協(xié)同優(yōu)化調度結構；提出了以柔性工藝路線為基礎的正、反向招投標調

6、度機制和人機協(xié)同方法，即充分利用了Agent的自主性，同時避免了工序關系的割裂和復雜的沖突消解過程；詳細描述了基于合同網協(xié)議的招投標調度過程和方法，通過評標指標的構成因子及參數調整，綜合考慮了加工時間、加工成本、設備利用率和物流時間；利用混合控制結構和虛擬單元結構，提出了擾動發(fā)生時的人機協(xié)同動態(tài)調度策略和方法，分析了幾種典型擾動事件，給出了具體調度方法。 利用遺傳算法的領域無關特性和運算步驟的獨立性，論文將遺傳算法和Agent的

7、招投標機制結合起來，提出了全局優(yōu)化調度的任務投放順序遺傳優(yōu)化算法，實現了基于遺傳算法的集中式調度與基于多Agent的分布式調度的優(yōu)勢互補，給出了基于調度順序的染色體編碼方式、初始種群的產生方法、基于訂單優(yōu)先級的最大化適應度函數、個體評價方法和算法流程，采用單親移位算子避免了遺傳過程中非法個體的產生，通過算例驗證了所提方法的有效性。 論文探討了支持HcMES的生產現場網絡信息化技術，給出了基于無線局域網和移動通信技術的生產現場網絡

8、信息化結構。針對無聯(lián)網和/或數據采集能力的設備，采用人機協(xié)同制造的思想，提出了以人為中心的虛擬自動化的概念，給出了定義、結構模型和與HcMES信息交互關系；通過對操作員人機接口Agent的功能和需求分析，從推、拉技術相結合的信息傳遞方式和任務導向的智能用戶幫助技術兩個方面，給出了人機接口Agent設計問題的具體解決方案。 最后，論文以CIMS研究所實驗車間為背景，在國家“九五”攻關項目的基礎上，采用分布式對象技術和Windows