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产能是衡量制造系统装配加工能力的重要指标。对于飞机装配系统，合理科学地分析并优化控制系统的产能，是提高航空制造企业的管理水平和市场竞争力的重要保证。随着脉动化、准时化等精益生产模式逐渐从简单工业产品推广到飞机制造业，飞机装配系统的生产组织模式发生了大幅变化，对系统产能的准确分析预测及优化控制也提出更高的要求。然而，现阶段我国航空业对飞机装配系统产能的分析及优化手段及方法相对粗放、滞后，方法的有效性和时效性依赖于管理人员的经验水平及统计分析能力，对影响及制约产能的诸多关键要素的选取及描述上也难以做到定量化、动态化。同时，由于飞机装配系统属于典型的大规模多输入单输出型生产系统，系统运作模式具有明显的非线性特征，引发了对系统产能进行建模与优化的多层次、多维度复杂性。因此，考虑飞机装配系统的非线性特性，准确地提取和量化影响系统产能的关键控制量，建立装配系统产能分析和优化的模型及方法，用于描述系统的运行状态、优化控制系统的产能具有重要的理论及工程价值。基于上述分析，本文研究了面向飞机装配系统的产能非线性建模及分析优化若干关键技术，旨在提高装配系统的产能和生产平衡性。

全文主要研究内容和创新性工作如下：

1）分析并阐述了飞机装配系统产能的非线性建模与分析优化的研究意义和面临的挑战，总结了大规模制造系统的非线性建模、产能分析以及系统平衡优化等方面的相关国内外研究现状，指出了本文亟待研究的关键问题。

2）建立了基于决策量分析的产能非线性耦合动力学模型。首先，面向产能建模及优化的需求，分析了飞机装配系统的非线性特征及产能约束；然后建立了系统产能的PRL（生产率/可靠度/学习效应）和PCL（生产率/成本/学习效应）耦合动力学模型，通过提取影响系统产能的关键决策量，定量化描述系统的装配生产率在决策量的非线性耦合作用下的动态发展规律，分析了系统的宏观运行状态并求解系统进入混沌态的分岔点，计算出系统稳态运行的决策量控制边界；最后，实验分析验证了PRL和PCL模型的有效性。

3）提出了基于有效工时计算的产能动态分析方法，建立了面向系统装配单元级的产能分析模型。针对装配人员，提出了基于多因素非线性修正的人员有效工时计算方法，提取多重影响作业能力的主导因素后定量化修正理论工时，计算出装配单元的有效工时；针对自动化装备，提出了基于动态混合威布尔模型的装备有效工时计算方法，分析了自动化装备中各类子系统对设备总体可用度的影响，建立装备可用度的动态混合三参数威布尔模型计算装配单元的有效工时。最后，实例分析验证了两种有效工时求解方法的有效性。

4）提出了基于人员动态配置的飞机装配系统平衡优化方法，研究了装配人员的差异性及流动性对系统平衡性的影响。以系统稳态运行的决策量控制边界为约束，以产能分析的有效工时参数为输入量，从装配系统内的固定多技能水平人员和可跨站位流动人员的动态配置两方面对系统进行平衡优化，分别建立了基于多技能人员动态配置、人员跨站位流动的系统平衡模型，设计了两种自适应二进制粒子群算法，提高了算法在本文环境中的适应性。最后，结合实例验证了平衡优化模型和算法的有效性。

[1] Bo Xin,  Yuan Li, Jianfeng Yu, Jie Zhang. A multi-factor revision based analysis of  the personnel operational capacity of aircraft assembly lines[J]. Int J Adv  Manuf Technol, 2015, 78(1-4): 211-220. (SCI: 000351517300017, EI:  20145100327517) 对应论文第三章

[2]    Bo Xin, Yuan Li, Jianfeng Yu, Jie Zhang. An adaptive BPSO algorithm for  multi-skilled workers assignment problem in aircraft assembly lines[J].  Assembly Automation, 2015, 35(4): 317-328. (SCI:000369701600004, EI:20154401452457)   对应论文第四章

[3] Bo Xin,  Yuan Li, Jianfeng Yu, Jie Zhang. Analysis of chaotic dynamics for aircraft  assembly lines[J]. Assembly Automation, 2016. (SCI, accepted) 对应论文第二章

[4] Bo Xin,  Zhaolong Zhang, Jie Zhang, Yiming Rong. Dynamic Property Regulation of  Axially Functional Graded Beams for Airfoil Structure[C]. ASME-IDETC 2016.  (EI: 20170103212622) 对应论文第二章

[5] Jie  Zhang, Bo Xin, Pan Wang. Study on aircraft assembly line balancing problem  based on mobile workers[C]. ASME-IDETC 2016. (EI: 20170103207575)  对应论文第四章

[6] 辛博, 李原, 余剑峰, 张杰. 飞机自动化装配设备有效工时分析[J]. 航空制造技术, 2017, 05: 60-65. (DOI:  10.16080/j.issn1671-833x.2017.05.060)  对应论文第三章

[7]    余剑峰,  辛博,  郑堂介.  基于测量点自适应搜寻的法矢求解算法[J].  计算机集成制造系统,  2013, 19(4): 817-822. (EI: 20132116362440)

设计重用是加快产品设计进度、提高产品设计效率的有效方法，而通过模型检索、典型结构提取和功能结构关系提取等典型发掘模式获得设计资源则是支持设计重用的重要手段。随着基于MBD的产品全三维设计体系不断成熟，模型所承载的信息种类、数量和来源不断增加，逐渐形成了包含多源信息的CAD模型。在模型数量和模型信息量都大大增加的情况下，如何准确地表达设计意图并综合各类信息发掘所需的设计资源，已经成了设计者面临的主要障碍。因此，针对当前CAD模型的特点，形成各类面向多源信息的设计资源发掘方法，是解决该问题的有效手段。目前这方面的研究还集中于零件，以模型检索技术为支撑进行零件检索与重用来解决该问题。装配体作为零件的集合，是功能、连接关系、产品结构等各类设计信息的综合体现。以装配体为对象进行发掘能够获得更有重用价值的设计单元，也能更好地与功能需求、设计指标等相衔接，具有更加重要的工程实践意义。针对上述问题，本文进行了面向设计重用的三维装配体多源信息发掘研究，在三维装配体多源信息描述的基础上，分别提出了装配体检索、通用结构提取和功能结构关系挖掘方法

论文的主要研究内容如下：

（1）构建了装配体多源信息描述模型，作为后续分析的基础。首先，对装配体多源信息的形成过程进行了分析，进而总结了多源信息的含义和特点；其次，通过UML建立了装配体多源信息描述模型，从功能信息、零件信息、装配信息、层次信息4个方面对装配体所关联的信息进行了描述，并提供了信息的形式化、规范化描述方式；最后，根据信息之间的关系设定了多源信息描述规则，保证了装配体描述过程中信息的完整性和准确性。

（2）提出了多源信息融合的装配体检索方法。首先，提出了装配体描述空间构建方法，以零件相关信息为维度构建了装配体描述空间对装配体多源信息进行融合表达。在此基础上，将装配体转换为描述空间中的点集，进而将装配体匹配问题转换为空间点集匹配问题。其次，分别提出了针对形状类属性和语义类属性的距离计算方法，并综合各个维度的距离获得了空间点距离。最后，通过空间点集的多对多匹配对装配体相似性进行了综合评价，获得了考虑多源信息的装配体检索结果。

（3）提出了融合局部差异的装配体通用结构提取方法。首先，构建了基于图的装配体描述符，分别以顶点和边表示零件以及零件之间的连接关系，并对顶点和边的属性进行定义，实现了装配体与描述符的双向映射；其次，在距离计算的基础上以装配体描述符为对象进行聚类，以聚类的方式将相似的零件和连接关系分为一类，以此实现对零件局部差异的融合。最后，以聚类后的装配体描述符为对象进行频繁子图挖掘，所获得的频繁子图即对应装配体中的通用结构。

（4）提出了基于统计的装配体功能结构关系挖掘方法。首先，提出了基于挖掘的装配体功能结构关系获取思路，通过对已有装配体的挖掘可以直接获得功能结构映射结果，从而避免了复杂的理论分析。其次，将已有装配体作为样本，在装配体相关概念描述的基础上提出了基于最大似然估计的功能结构关系概率描述方法，获取了功能所对应的结构以及各类结构的使用频率。最后，以装配体为对象挖掘获得了装配体中的核心功能集，进而在功能结构关系概率描述的基础上获取了能够实现核心功能集的典型结构集。

[1]   Wang P, Zhang J, Li Y, Yu J. Reuse-oriented common structure discovery in assembly models[J]. Journal of Mechanical Science and Technology, 2017, 31(1): 297-307. (SCI: 000392328800032; EI: 20170403268448) 对应论文第四章 

[2]   Wang P, Li Y, Zhang J, Yu J. An assembly retrieval approach based on shape distributions and Earth Mover’s Distance[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2016, 86(9): 2635-2651. (SCI: 000385072400024; EI: 20160501874124) 对应论文第三章

 [3]   Wang P, Li Y, Yu L, Zhang J, Xu Z. A novel assembly simulation method based on semantics and geometric constraint[J]. Assembly Automation, 2016, 36(1): 34-50. (SCI: 000373372000004; EI: 20160601895575) 对应论文第二章

 [4]   Wang P, Li Y, Zhang J, Yu J. Probabilistic description of the function-structure relationship in products[C]. Proceedings of ASME 2016 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, 2017, (11): V011T15A027. 对应论文第五章

黄勇平，中国科学院上海生命科学院植物生理生态研究所研究员。主要从事昆虫分子遗传学的研究。，同年获得日本明治乳业生命科学杰出奖，2008年获得国家杰出青年基金资助，2009年获得上海市“学科带头人”计划资助。2008年获得上海市自然科学二等奖。曾主持863重大项目、973计划课题和多项国家自然科学基金委重点和面上项目。在PNAS、PloS Genetics、Development、Cell Research、Journal of Proteome Research、BMC Genomics、InsectBiochemistry and Molecular Biology、Insect MolecularBiology和Nature Biotech等国际学术杂志上发表研究论文100余篇。已申请国家发明专利8项，获得授权6项（正在申请国际PCT）1项。目前在昆虫分子遗传、昆虫功能基因组和害虫遗传防治方面开展基础与应用基础研究。

性别是生物界最迷人的研究领域。随着基因组科学和基因组编辑技术的进步，我们不仅能够认识性别决定和分化的机理，更能够让人们根据需求来对性别比例进行定向调控。例如，牛奶生产需要更多的母牛、产蛋需要母鸡、蚕丝生产需要专养雄蚕等。我们以家蚕作为研究对象，在过去数年的研究中，系统的研究了家蚕性别决定通路及其关键基因，并利用基因组编辑技术成功实现了家蚕性别调控。获得了能够专养雄蚕的家蚕品系。为动物性别调控研究提供了理论依据和技术支撑。