随着计算机、网络和通讯技术的发展和全球市场竞争加剧,制造业正在向分布式、全球化与信息化方向发展。研究现代制造系统,必不可缺地是研究现代制造系统的信息系统。现代制造信息系统是利用信息这一形式对现代制造系统的抽象,是产品全寿命周期所有环节信息的集成,制造系统所有的物理存在均为信息系统的物化。制造信息系统具有多层次、多节点且各单元之间非线性耦合的特点,属于人造复杂非线性巨系统,研究该类系统结构应利用复杂性思维对其建模。传统的建模方法都存在不同的缺陷,不能揭示制造信息系统的复杂性本质。研究制造信息系统的复杂性,以及了解复杂性对系统性能和演化的影响,可以为进一步控制系统和优化系统打下基础。 本文在对前人研究成果及相关理论进行总结的基础上,提出了基于动态控制元结构的制造信息系统建模方法以及在该模型基础上对制造信息系统进行混沌特性研究的方法,用该方法构建的系统结构模型和研究混沌的方法,深刻揭示了制造信息系统的复杂性内涵,为分析系统特性和对系统运行进行有关决策提供了很好的理论基础。 本文首先分析了制造信息系统的分形特征,在以调度层次为基本层次并关注各单元状态的情况下,构建能表达各单元状态变化和单元之间互联的异质同构状态转移图,并以其为动态控制元结构的基本表现形式。从动态控制元结构及其扩展结构出发,应用分形迭代函数系统,结合对系统任务进行分解所得到的任务树,构建具有自相似分形特征的系统结构模型。这样构建的系统结构模型,可以清晰而正确地表达制造信息系统的运行情况,揭示系统内在规律,通过该模型可深刻认识制造信息系统的静态功能特性和动态运行特性。 系统结构模型确定,意味着系统的单元特性和单元之间的关联已经确定。为了能够揭示制造信息系统的复杂性本质,在上述结构模型基础上,本文提出了柔性耦合自动机方法对系统结构模型进行描述。该方法通过自动机对单个单元的自治性进行建模,用柔性耦合来对单元之间的互作用进行描述,从而实现对整个制造信息系统的自组织过程描述。 为了研究制造信息系统中是否存在混沌现象,本文采用了定性和定量相结合的方法研究制造信息系统宏观是否存在混沌现象。针对实际系统,在合理假设情况下建立了决策层三个宏观序参量权重之间的映射模型,并对混沌特征量进行了分析。结果表明当生产效率的权重值提高到某一数值时,在决策层出现了混沌现象。这意味着当企业特别追求某一个单纯目标时系统将走向混沌。同时为了研究制造信息系统的底层混沌现象,建立了带有反馈环节的装配线映射模型。在对混沌特征量定性和定量分析基础上,表明当返回的次品增加到一定的程度,子系统会出现混沌现象。另外,为了研究制造信息系统宏观出现混沌时的底层单元内部状态,根据协同学理论,通过分析系统具体的自组织过程,找出系统上层宏观混沌对底层子系统状态的影响。最后,为了探讨对上述系统混沌分析方法进行验证的方法,本文利用某厂06-07年的生产效率数据,应用混沌时间序列分析方法对其混沌特性进行分析。通过对关联维数和Layapunov指数等特征量的分析,验证了制造信息系统的混沌特性。这一方法用来对具有大量参变量,又不能都进行采样的制造信息系统的混沌分析进行实例验证,具有很好的效果。