云制造环境下的机械加工资源服务共享博弈及分配优化研究

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随着云计算(CC)、物联网(Io T)等信息化技术的发展,制造业资源逐渐向全球化方向发展,制造资源种类增多的同时,制造资源分布不均引起的资源闲置与资源短缺问题越来越严重,且制造服务不能实现合理分配而使得资源利用率降低。云制造(CMfg)通过集成先进信息化技术而成为制造业的一种面向服务的高效率、低消耗的先进制造模式,正在改变制造企业组织生产和业务活动的方式以应对全球化竞争与产品个性化制造。CMfg继承“按需制造、服务制造”理念,兼顾“分散资源集中共享”、“集中资源分散服务”思想,制造资源服务提供方(SP)与需求方(SD)实现资源服务共享及制造服务分配优化是CMfg系统持续发展的重要阶段。本文从CMfg系统运行原理及电子商务模式的角度出发,进行了基于CMfg系统的制造资源服务系统建模,面向机械加工制造服务,建立了资源服务共享博弈及分配优化模型。主要研究内容及成果如下:(1)将传统电子商务模式与制造服务结合,建立CMfg系统下的电子商务模式并比对了四种典型情况下的运行模式。针对SD制造需求共享与SP制造服务共享,CMPO实现制造服务分配,建立了制造资源共享分配框架。(2)结合机械加工制造服务特点,对机械加工制造服务进行系统建模,分析了制造资源(MR)、制造服务(MS)与制造能力(MC)三者间的逻辑链,建立了面向机械加工的制造服务共享分配模型,为后文进行制造服务共享博弈与分配优化奠定基础。(3)基于演化博弈理论,提出了以SP为平台主导方、SD为参与方的共享博弈模型,讨论分析了八种典型情况下的演化博弈结果,归纳总结了不同模型条件下SP、SD的三种演化结果,为CMfg系统实现协同制造提供理论基础。共享决策演化模型的正确性通过数值仿真验证,基于该模型,对比研究了初始共享概率、超额增量分配系数及云平台管理系数等关键因素对系统演化结果的影响,其变化规律是云平台建立信息互通和资源共享理论模型的重要依据。(4)针对多用户对同类型资源竞争问题,基于分散决策机制,提出一种基于演化博弈理论的制造资源服务分配模型,实现制造服务合理分配。以装配尺寸链的组成链公差分配为例,将同属一个装配尺寸链的公差单元视为SD,以CMfg系统的资源服务为SP,实现制造资源服务合理分配,并建立了CMfg环境下制造资源约束下的基于演化博弈的公差分配优化模型,利用MATLAB软件进行分布式算法求解,得出公差分配最优方案,并与现有成果进行比较,分析所提出模型的优势。系统地分析CMfg环境下的制造资源共享及制造服务理论基础,建立制造资源服务共享框架及面向机械加工的制造服务分配模型,引入演化博弈理论,开展CMfg系统下的SP与SD制造资源共享与分配优化研究,为云平台建立信息互通和资源共享理论模型提供重要依据,并为云制造的落地提供了技术支持,推动了云制造理论在制造业中的广泛应用,对全球化制造业转型具有重要的理论意义及实际意义。
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