混流製造系統脆弱性評估與應用 高貴兵 肖釗 柏文琦 9787568099189 【台灣高等教育出版社】

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本書的核心特點在於將脆弱性概念引入到混流製造系統的健康管理領域，實現了對混流製造系統脆弱性更為系統和完整的研究，一方面拓寬了複雜系統脆弱性研究領域的廣度和深度，另一方面為混流製造系統的生產運作管理和健康維護提供了一種全新的思路和視角，為混流製造系統的設計、優化和管理提供了更加科學的決策依據。

內容簡介
本書以複雜系統脆弱性理論和相關工程領域的信息熵、複雜網路、結構熵、可靠性等各種理論知識為基本依據，以混流製造系統脆弱性的多維綜合評估為切入點，遵循「概念內涵—分析評估—綜合應用」這一混流製造系統脆弱性研究的脈絡，構建了混流製造系統脆弱性研究的「多維多層」綜合評估體系，給出了功能脆弱性、結構脆弱性、過程脆弱性等不同類型脆弱性的評估模型，提出了混流製造系統脆弱性的綜合評估與調控體系，由此為混流製造系統脆弱性評估和應用提供了一套系統的理論和方法。

作者簡介
高貴兵，男，湖南科技大學碩士生導師，華中科技大學博士畢業，湘潭市高層次人才。中國機械工程學會工業工程分會理事、中國機械工程學會工業大數據與智能系統分會理事。主持省部級課題5項，參与國家、省部級課題多項。在《Reliability Engineering & System Safety》、《機械工程學報》、《Journal of Central South University》、《中國機械工程》、《計算機集成製造系統》等國內外學術刊物和大型國際會議上公開發表學術論文 30 余篇（中科院SCI分類TOP期刊3篇，中文*期刊2篇，中文權威期刊3篇），其中SCI、EI收錄20餘篇。

目錄

目錄
第一部分：基礎知識 1
第1章混流製造系統概述 1
1 1 混流製造系統 1
1 2 混流製造系統的拓撲結構 2
1 2 1 混流製造系統的構成 2
1 2 2 混流製造系統結構 3
1 3 系統性能與脆弱性概念間的關係 7
1 4 混流製造系統健康管理 8
1 5 混流製造系統健康管理的定義 10
1 6 混流製造系統功能分析 12
1 7 本章小結 17
參考文獻 18
第2章混流製造系統脆弱性研究概述 19
2 1 混流製造系統脆弱性研究背景 20
2 2 混流製造系統脆弱性研究意義 21
2 3混流製造系統脆弱性發展現狀分析 22
2 4 混流製造系統脆弱性研究內容 25
2 5 混流製造系統脆弱性分析目標 31
2 6 混流製造系統脆弱性分析 32
2 7 本章小結 35
參考文獻 35
第二部分：脆弱性分析評估 38
第3章基於狀態熵的評估方法 38
3 1引言 38
3 2 混流製造系統脆弱性問題分析 40
3 3 混流製造系統結構脆弱性建模與分析 41
3 4 算例分析 46
3 5本章小結 55
參考文獻 55
第4章基於通用生成函數的評估方法 58
4 1 引言 58
4 2 相關理論 60
4 3混流製造系統脆弱性建模與分析 60
4 4 算例分析 65
5結論 73
參考文獻： 74
第5章：基於LZ變換函數的評估方法 77
5 1 引言 77
5 2 多狀態系統的LZ變換 79
5 2 1時變多狀態單元的LZ變換 79
5 2 2時變多狀態系統的LZ變換 80
5 3基於LZ變換的混流製造系統脆弱性建模與分析 81
5 3 1 脆弱性的定義 81
5 3 2 製造單元的LZ變換 81
5 3 3 混流製造系統的LZ變換 83
5 3 4基於LZ變換的混流製造系統脆弱性分析 84
5 4 算例分析 85
5 4 1 AM1和AD3的LZ變換 87
5 4 2 A2和A4的LZ變換 89
5 4 3 混流製造系統的LZ變換 90
5 4 4混流製造脆弱性分析 90
5 5分析討論 94
參考文獻： 96
第6章 基於可靠性指標的評估方法 99
6 1引言 99
6 2多狀態系統脆弱性分析 101
6 2 1多狀態系統LZ變換 101
6 2 2基於可靠性指標的多狀態系統脆弱性分析 103
6 3 算例分析 105
6 3 1 子系統的LZ變換 107
6 3 2主軸承孔製造系統的LZ變換 110
6 3 3系統脆弱性分析 111
6 4分析討論 115
參考文獻： 118
第7章基於複雜網路的評估方法 121
7 1引言 122
7 2 基於複雜網路的脆弱性綜合評估模型 123
7 2 1複雜網路脆弱性 123
7 2 2製造系統網路相關定義 124
7 2 3 製造系統脆弱性相關定義 124
7 2 4製造系統脆弱性分析評價框架 126
7 2 5 製造系統結構脆弱點識別 127
7 2 6 製造系統功能脆弱性模擬 127
7 3發動機裝配系統脆弱性分析 128
7 3 1發動機裝配系統結構分析 128
7 3 2 發動機裝配線複雜網路模型構建 129
7 3 3發動機裝配製造系統脆弱性分析 130
7 4結論 135
參考文獻： 136
第三部分：脆弱性的應用 138
第8章基於脆弱性的設備故障智能診斷與維護 138
8 1 引言 139
8 2 設備智能診斷與維護系統架構 140
8 3 基於脆弱性的設備故障智能診斷與維護模型 140
8 4 應用實例 146
5 結論 153
參考文獻 154
第9章基於CPS方法與脆弱性的製造系統健康狀態智能診斷 157
9 1 引言 157
9 2 基於CPS的製造系統健康管理系統架構 159
9 3 基於CPS技術的製造系統健康狀態分析模型 159
9 3 1 基於脆弱性評估模型的設備健康狀態判斷方法 160
9 3 2 基於數據驅動的製造系統性能異常判定 161
9 3 3亞健康狀態下設備異常因素識別 163
9 4 應用實例 164
9 4 1 柔性製造系統健康狀態分析 165
9 4 2 柔性製造系統健康狀態異常因素在線判別 165
9 3 3 設備健康狀態影響因素分析 167
9 4 結論 169
參考文獻 170
第10章基於脆弱性與大數據的製造設備健康狀態預測 172
10 1 引言 172
10 2 製造設備健康預測框架 173
10 3 EA-SAE-CKLP數據處理模型 174
2 1 製造設備運行數據預處理 175
2 2基於多目標進化演算法特徵選擇 177
10 3 3 SAE特徵降維與微調 179
10 3 4 基於 CKLP的第三階段特徵選擇方法 180
10 4基於健康狀態指數的設備健康預測 181
10 4 1基於IMTS的健康狀態指數模型 181
10 4 2 健康狀態預測 183
10 5 應用分析 184
10 5 1 特徵選擇 185
10 5 2 健康狀態指數計算 185
10 6結論 191
參考文獻 192

精彩書摘
混流製造系統健康管理的意義
在當前智能化快速發展背景下，現有混流製造系統的健康管理與維護的評價方法難以解決生產運行過程存在的上述難題，及時對混流製造系統脆弱性激發因素進行詳細分析、建立多尺度空間評價模型，從系統結構的內在本質上把握系統脆弱性關鍵，為系統健康預測與維護提供綜合、全面的預知維修決策，提高資源的利用率，混流製造系統健康管理的研究意義主要體現在以下幾個方面：
1）設計混流製造系統不同脆弱性的評估方法，建立脆弱性多尺度空間評價模型，滿足混流製造系統健康管理決策的綜合需求。通過開展混流製造系統的單元脆弱性、拓撲結構脆弱性、功能脆弱性、過程動態脆弱性等不同類型脆弱性評估方法的研究，從本質上釐清不同脆弱性之間的構成因素，原因以及各自對系統性能退化的影響，建立多尺度空間脆弱性綜合評價模型；分析不同脆弱性在系統內的傳播機理與傳播方式，充分利用系統的脆弱性，為混流製造系統的健康管理提高更加合理的維護決策。
2）研究混流製造系統健康狀態的準確預測方法，分析各種激發因素的相互關係和對系統脆弱性的影響，建立基於脆弱性動態優化生成係數的灰色健康預測模型，準確預測系統的健康狀態。混流製造系統處於複雜的內外環境中，影響其脆弱性的因素包括加工製造過程、人員以及環境等各個方面的內外在因素，這些因素影響了設備性能的退化軌跡，通過建立這些因素與系統性能之間的映射關係，準確辨識不同因素對設備性能退化的影響，探索一種基於系統脆弱性影響的灰色健康狀態預測方法，真實地反映製造設備性能退化狀態與脆弱性之間的演變規律，準確預測系統的健康狀態，為混流製造系統的健康管理與維護提供合理的決策依據。
3）探究基於脆弱性閾值的混流製造系統預知性機會維護策略，建立健康狀態預測與維護管理體系。通過監測混流製造系統的運行狀態，評估故障、異常等對系統性能的影響，結合混流製造系統設備的脆弱性評估數值和設備的可靠度，採取基於脆弱性閾值的混流製造系統預知性機會維護策略，建立系統維護綜合成本*低模型，設計高效的求解演算法為系統健康維護提供優化的維護策略，為生產現場的設備維護和診斷提供調度計劃，有利於混流製造系統的協調控制和資源的高效利用。

前言/序言
前言
脆弱性源起於上世紀70年代自然災害領域的研究，近年來，持續引起了生態學、環境學、社會學、金融學、政治學、倫理學等諸多領域研究者們廣泛的興趣，計算機、電力網路、交通運輸、供應鏈等領域的脆弱性分析與應用研究也開展的如火如荼。雖然越來越多的學者認識到複雜系統脆弱性研究的重要性，缺鮮有關於製造系統脆弱性的系統研究。
2020年年底至今席捲全球的新冠肺炎疫情，讓我們深切地體會到國際民生、商品供應鏈、社會安全、公共服務網路、醫療基礎設施等複雜系統都是如此脆弱，脆弱性是複雜系統面臨的社會難題，無法逃避，因此也受到國內外研究者們的重視。然而，在複雜系統脆弱性研究史上，製造領域的脆弱性並未引起學者的重視。主流的脆弱性研究集中於社會、倫理、金融等人文社科方面，強調脆弱性的定性分析與預防策略研究，研究者普遍認為脆弱性是消極的，與系統的穩健性相對立的，是必須克服和預防的狀態。然而，脆弱性是複雜系統的固有屬性，是無論如何也消除不了的，拒斥它也無任何意義，脆弱性如套在系統上的枷鎖，它是永恆的。系統失效、故障、甚至由此引起的安全事故或導致的災難，都是脆弱性的真實體現，這是每個複雜系統都無法迴避的一個問題。
從系統論的角度看，混流製造系統規模龐大，各子系統及各單元節點之間關聯、耦合和互斥等各類關係複雜，是典型的複雜系統，它必然具有複雜系統所固有的脆弱性。混流製造系統的脆弱性指系統組成要素故障或受攻擊后系統整體功能的損失程度，是系統應對風險、故障時的敏感性與抗干擾能力，表現在它的任何一個單元或子系統出現故障或偶發安全事故，均可能導致整個系統出現故障甚至造成惡劣的社會影響。然而，當前對於混流製造系統的研究主要集中於裝配線平衡、物料配送優化、裝配機器人協同調度、裝配線排序優化、工位組劃分優化等方面，對混流製造系統健康管理的研究則集中於製造設備的故障診斷、剩餘壽命預測等。對於結構複雜、價格高昂的混流製造系統，分析、評估系統的脆弱性，掌握脆弱性的擴散機理，可以有效預防、減少或避免系統故障，是保障系統安全運行的關鍵。因此，如何科學詳細地分析混流製造系統的脆弱性因素，高效全面地量化評估系統脆弱性，如何將脆弱性應用於系統的健康管理中，保障系統的安全穩健，是混流製造系統研究領域的關鍵環節，也是本書分析和討論的核心所在。
本書以複雜系統脆弱性理論和相關工程領域的信息熵、複雜網路、結構熵、可靠性等各種理論知識為基本依據，以混流製造系統脆弱性的多維綜合評估為切入點，遵循「概念內涵—分析評估—綜合應用」這一混流製造系統脆弱性研究的脈絡，構建了混流製造系統脆弱性研究的「多維多層」綜合評估體系，給出了功能脆弱性、結構脆弱性、過程脆弱性等不同類型脆弱性的評估模型，提出了混流製造系統脆弱性的綜合評估與調控體系，由此為混流製造系統脆弱性評估和應用提供了一套系統的理論和方法。
本書的具體研究內容包括以下幾個方面：
（1）闡述了混流製造系統的概念、內涵，分析了它的結構、功能、性能等特徵，梳理了複雜系統脆弱性的國內外研究現狀，以期找出為目前混流製造系統脆弱性研究的不足，為本書的研究提高切入點。同時，對複雜網路理論、信息熵原理、可靠性理論與健康管理理論等進行了剖析，為本書的脆弱性研究奠定了理論基礎。
（2）基本構建了混流製造系統脆弱性分析評價的理論和技