一种可重构制造系统的构形方法及系统与流程

本发明涉及制造技术领域，特别是涉及一种可重构制造系统的构形方法及系统。

背景技术：

随着经济发展，制造业竞争加剧，客户需求更加刁钻和多样化，导致产品种类不断增多、市场需求大幅度波，传统的制造系统存在的缺陷逐渐显露，新型的制造系统研究逐渐成为了热点，其中，可重构制造系统(Reconfigurable Manufacturing System，RMS)可以根据客户要求提供精确的功能和能力需求，具有很大程度上的优势。

可重构制造系统RMS是一种具有快速响应能力的制造系统，通过对系统结构、硬件、软件进行重组、调整来快速改变系统的功能。虽然RMS具有良好的应对市场需求突然变化的系统结构，但是在面临重构需求时，需要高重构效率来实现RMS的快速响应，而构形设计是重构过程中的关键步骤，因此关于提高构形设计的效率、构形的重用性、构形的通用性等的研究具有重要的使用价值。

现有构形设计相关研究有的在原理上实现了机床的各种可能构形，有的通过系统稳定性、生产率、产品质量、产能伸缩性和生产成本等生产因素对串联和并联系统构形的生产效果进行评估，指出了并联系统构形在面对机床故障等问题时更具有稳定性，利用布局设计和单元间工件流运动研究了虚拟制造单元的机床共享问题，并提出基于工件流的单元生成方案。但是这些相关研究都存没有对机床-单元-系统多尺度的构形设计进行研究，使得系统重用性差，构形设计效率低下。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可重构制造系统的构形方法及系统，通过对机床-单元-系统三个尺度的构形，使得构建的可重构制造系统更加合理，以提高可重构制造系统的响应能力，提高效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种可重构制造系统的构形方法，所述方法包括：

获取客户的订单需求；

将所述订单需求转化为可重构制造系统的功能需求；

将所述可重构制造系统的功能需求分解为复杂度低的分功能需求；

利用生命系统理论的图符建立各个分功能需求的功能模型，每个分功能需求的功能模型的图符之间通过所述分功能需求的物质能量、信息流实现联结；

对可重构制造系统的各尺度之间进行逻辑关系分析，得到逻辑分析结果，所述尺度包括机床构形配置尺度、单元布局尺度、系统结构尺度；

根据所述逻辑分析结果，将各尺度对应的功能模型进行集成，得到所述可重构制造系统的构形设计模型。

可选的，所述利用生命系统理论的图符建立各个分功能需求的功能模型，每个分功能需求的功能模型的图符之间通过所述分功能需求的物质能量、信息流实现联结，具体包括：

判断所述可重构制造系统中的现有功能模型是否满足分功能需求，得到第一判断结果；

当所述第一判断结果表示所述可重构制造系统中的现有功能模型满足分功能需求时，将所述现有功能模型确定为所述分功能需求的功能模型；

当所述第一判断结果表示所述可重构制造系统中的现有功能模型不满足分功能需求时，判断能否通过对所述现有功能模型进行图符的增加、删除或修改使所述现有功能模型满足分功能需求，得到第二判断结果；

当所述第二判断结果表示能通过对所述现有功能模型进行图符的增加、删除或修改使所述现有功能模型满足分功能需求时，对所述现有功能模型进行图符的增加、删除或者修改操作，得到修改后的功能模型；

将所述修改后的功能模型确定为所述分功能需求的功能模型；

当所述第二判断结果表示不能通过对所述现有功能模型进行图符的增加、删除或修改使所述现有功能模型满足分功能需求时，利用生命系统理论的图符建立所述分功能需求的功能模型。

可选的，所述根据所述逻辑分析结果，将各尺度对应的功能模型进行集成，得到所述可重构制造系统的构形设计模型，之后还包括：

根据所述订单需求对所述可重构制造系统的构形设计模型进行检查，判断所述可重构制造系统的构形设计模型是否遗漏所述订单需求对应的功能需求；

如果是，建立所述功能需求的功能模型，并将所述功能模型加入所述可重构制造系统的构形设计模型中，得到修正后的可重构制造系统的构形设计模型；

判断所述可重构制造系统的构形设计模型是否符合设计约束条件；

如果否，修改所述可重构制造系统的构形设计模型中不符合设计约束条件的功能模型，得到修改后的可重构制造系统的构形设计模型。

可选的，所述根据所述逻辑分析结果，将各尺度对应的功能模型进行集成，得到所述可重构制造系统的构形设计模型，之后还包括：

对所述可重构制造系统的构形设计模型进行评估，得到评估结果；

根据所述评估结果判断所述可重构制造系统的构形设计模型是否满足评估条件；

如果否，返回将所述订单需求转化为可重构制造系统的功能需求步骤。

可选的，所述对所述可重构制造系统的构形设计模型进行评估，具体包括：

利用公式对所述可重构制造系统的构形设计模型进行评估，得到所述可重构制造系统的构形设计模型的总成本C，其中，C表示可重构制造系统的构形设计模型的总成本；RMC表示可重构制造系统的构形设计模型包含的单元数量；RMT表示第i个单元包含的可重构机床数量；N表示第i个单元的第j台可重构机床包含的功能模块数量；c_ijk表示第i个单元的第j台可重构构机床的第k个功能模块的成本。

可选的，所述根据所述评估结果判断所述可重构制造系统的构形设计模型是否满足评估条件，具体包括：

判断所述可重构制造系统的构形设计模型的成本是否小于或等于成本预算；

如果是，则确定所述可重构制造系统的构形设计模型满足评估条件；

如果否，则确定所述可重构制造系统的构形设计模型不满足评估条件。

一种可重构制造系统的构形系统，所述系统包括：

订单需求获取模块，用于获取客户的订单需求；

需求转化模块，用于将所述订单需求转化为可重构制造系统的功能需求；

需求分解模块，用于将所述可重构制造系统的功能需求分解为复杂度低的分功能需求；

功能模型建立模块，用于利用生命系统理论的图符建立各个分功能需求的功能模型，每个分功能需求的功能模型的图符之间通过所述分功能需求的物质能量、信息流实现联结；

逻辑分析模块，用于对可重构制造系统的各尺度之间进行逻辑关系分析，得到逻辑分析结果，所述尺度包括机床构形配置尺度、单元布局尺度、系统结构尺度；

功能模型集成模块，用于根据所述逻辑分析结果，将各尺度对应的功能模型进行集成，得到所述可重构制造系统的构形设计模型。

可选的，所述功能模型建立模块具体包括：

第一判断单元，用于判断所述可重构制造系统中的现有功能模型是否满足分功能需求，得到第一判断结果；

功能模型确定单元，用于当所述第一判断结果表示所述可重构制造系统中的现有功能模型满足分功能需求时，将所述现有功能模型确定为所述分功能需求的功能模型；

第二判断单元，用于当所述第一判断结果表示所述可重构制造系统中的现有功能模型不满足分功能需求时，判断能否通过对所述现有功能模型进行图符的增加、删除或修改使所述现有功能模型满足分功能需求，得到第二判断结果；

功能模型修改单元，用于当所述第二判断结果表示能通过对所述现有功能模型进行图符的增加、删除或修改使所述现有功能模型满足分功能需求时，对所述现有功能模型进行图符的增加、删除或者修改操作，得到修改后的功能模型；

功能模型确定单元，还用于将所述修改后的功能模型确定为所述分功能需求的功能模型；

功能模型建立单元，用于当所述第二判断结果表示不能通过对所述现有功能模型进行图符的增加、删除或修改使所述现有功能模型满足分功能需求时，利用生命系统理论的图符建立所述分功能需求的功能模型。

可选的，所述系统还包括：

功能遗漏判断模块，用于根据所述逻辑分析结果，将各尺度对应的功能模型进行集成，得到所述可重构制造系统的构形设计模型之后，根据所述订单需求对所述可重构制造系统的构形设计模型进行检查，判断所述可重构制造系统的构形设计模型是否遗漏所述订单需求对应的功能需求；

功能模型修正模块，用于当所述可重构制造系统的构形设计模型遗漏所述订单需求对应的功能需求时，建立所述功能需求的功能模型，并将所述功能模型加入所述可重构制造系统的构形设计模型中，得到修正后的可重构制造系统的构形设计模型；

约束条件判断模块，用于判断所述可重构制造系统的构形设计模型是否符合设计约束条件；

功能模型修改模块，用于当所述可重构制造系统的构形设计模型不符合设计约束条件时，修改所述可重构制造系统的构形设计模型中不符合设计约束条件的功能模型，得到修改后的可重构制造系统的构形设计模型。

可选的，所述系统还包括：

评估模块，用于根据所述逻辑分析结果，将各尺度对应的功能模型进行集成，得到所述可重构制造系统的构形设计模型之后，对所述可重构制造系统的构形设计模型进行评估，得到评估结果；

评估条件判断模块，用于根据所述评估结果判断所述可重构制造系统的构形设计模型是否满足评估条件；

返回模块，用于当所述可重构制造系统的构形设计模型不满足评估条件时，返回将所述订单需求转化为可重构制造系统的功能需求步骤。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

采用系统、单元和机床构形设计的三个尺度划分理清了可重构制造系统构形设计过程中的逻辑关系，设计过程层次关系明了，有利于提高设计效率。

采用生命系统理论LST作为构形基础，增强了可重构制造系统RMS多尺度构形设计模型的可重用性。

采用生命系统理论LST的图符建立功能模型，能够更好地表达三个尺度之间和各个尺度内的关系。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明可重构制造系统的构形方法流程图；

图2为本发明可重构制造系统的构形方法中构建的功能模型1；

图3为本发明可重构制造系统的构形方法中构建的功能模型2；

图4为本发明可重构制造系统的构形系统结构图；

图5a为本发明实施例1系统层次总体示意图；

图5b为本发明实施例1系统层次信息流的角度关系示意图；

图5c为本发明实施例1系统层次能量流和物质流的角度关系示意图；

图5d为本发明实施例1系统层次综合信息流、物质/能量流关系示意图；

图6a为本发明实施例1单元层次总体示意图；

图6b为本发明实施例1单元层次信息流的角度关系示意图；

图6c为本发明实施例1单元层次能量流和物质流的角度关系示意图；

图6d为本发明实施例1单元层次综合信息流、物质/能量流关系示意图；

图7a为本发明实施例1机床层次总体示意图；

图7b为本发明实施例1机床层次信息流的角度关系示意图；

图7c为本发明实施例1机床层次能量流和物质流的角度关系示意图；

图7d为本发明实施例1机床层次综合信息流、物质/能量流关系示意图；

图8为本发明实施例1的多尺度RMS的构形设计模型；

图9为本发明可重构制造系统的构形方法与系统的总体构思图；

图10为本发明可重构制造系统的构形方法与系统的具体构思图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明可重构制造系统的构形方法流程图。如图1所示，所述方法包括：

步骤101：获取订单需求。不同客户会有不同的生产需求，根据客户的产品需求对应不同的订单需求。

步骤102：将订单需求转化为功能需求。将订单需求转化为系统的功能需求，进行总功能抽象，综合考虑成本、紧凑性、占地面积、材料性能、安全问题等，实现总功能的具体化。对于可重构制造系统(Reconfigurable Manufacturing System，RMS)构形设计过程来说，系统的功能需求即为订单需求。

步骤103：将功能需求分解为分功能需求。将复杂的总功能分解为复杂程度较低的分功能，并对分功能的物质流、能量流、信息流进行追踪。

步骤104：建立功能模型。利用生命系统理论(Living System Theory，LST)的图符建立各个分功能需求的功能模型，每个分功能需求的功能模型的图符之间通过所述分功能需求的物质能量、信息流实现联结。

以RMS机床为例，利用LST的关键子系统进行功能表达，如图2所示。边界器限定了机床构形的边界，即机床的占地面积、机床的高度等机床外轮廓界限；排泄器204包含了机床加工过程中产生的废料、残余机械能等的处理信息；计时器记录了机床的刀具、夹具安装时间和工件加工时间等生产过程中所有的时间信息；原动器201为机床的生产活动提供机械能；分配器202根据加工需求为不同的轴分配所需的机械能；转换器203将进入边界器，即进行机床的工件进行转换，提供工件所需的加工功能。

当建立新功能模型时，判断RMS中的现有功能模型是否满足分功能需求，如果现有构形的功能模型正好满足需求，就可以直接重用现有构形的功能模型，节省了构形设计的时间，从而提高了RMS重构的效率。

如果RMS中的现有功能模型不满足分功能需求，判断能否通过对所述现有功能模型进行图符的增加、删除或修改使所述现有功能模型满足分功能需求，如果能通过添加、删除或者修改某个LST图符完成功能配置的改变，则对现有功能模型进行图符的增加、删除或者修改操作，实现构形设计创新。如图3所示，包括：原动器301、分配器302、联结器303、转换器304、排泄器305。图3是基于图2的设计模型，通过添加了一个联结器303来改善机械能量流的传递效率，从而实现RMS机床构形设计的优化。

如果不能通过对所述现有功能模型进行图符的增加、删除或修改使所述现有功能模型满足分功能需求时，利用生命系统理论的图符建立所述分功能需求的功能模型。

步骤105：对RMS进行逻辑关系分析。对RMS的各尺度之间进行逻辑关系分析，得到逻辑分析结果，所述尺度包括机床构形配置尺度、单元布局尺度、系统结构尺度。

步骤106：对各尺度功能模型进行集成。根据所述逻辑分析结果，将各尺度对应的功能模型进行集成，得到RMS的构形设计模型。

然后对RMS构形设计模型进行检查。依据订单需求对建立的RMS多尺度构形设计模型进行检查，判断是否有遗漏的子功能，如果有遗漏，将遗漏的子功能添加到功能模型中。判断是否符合设计约束，如果不符合，将不符合设计约束的部分做最后修改。至此，完成RMS重构过程中的构形设计通用模型的建立。

之后还可以进行模型评估，利用公式对所述可重构制造系统的构形设计模型进行评估，得到所述可重构制造系统的构形设计模型的总成本C，其中，C表示可重构制造系统的构形设计模型的总成本；RMC表示可重构制造系统的构形设计模型包含的单元数量；RMT表示第i个单元包含的可重构机床数量；N表示第i个单元的第j台可重构机床包含的功能模块数量；c_ijk表示第i个单元的第j台可重构构机床的第k个功能模块的成本。如果所述可重构制造系统的构形设计模型的成本小于或等于成本预算，则满足评估条件，如果构形设计模型满足评估条件，则完成本次RMS构形设计任务；否则，需要返回步骤102重新进行需求分析转化。

以手机生产为例，目前的手机更新换代很快，新款手机设计完毕后，需要交给制造厂商生产，完成出货和上市。制造厂商接到新的手机订单后，需要基于原有的制造系统进行适应性调整或者重构来满足新的需求。本方法可以将原有的制造系统用生命系统理论进行完整描述，构建出制造系统的功能模型。面对新的需求，可以基于该功能模型进行修改，比如改进工艺，原有的工艺需要两个转换器，新工艺只需要一个转换器，此时就可以通过删除功能模型的转换器图符来生成新的功能模型，满足新的工艺需求。另外，模型评估可以对新模型是否合理进行验证。

图4为本发明可重构制造系统的构形系统结构图。如图4所示，所述系统包括：

订单需求获取模块401，用于获取客户的订单需求，不同客户会有不同的生产需求，根据客户的产品需求对应不同的订单需求。

需求转化模块402，用于将订单需求转化为RMS的功能需求，进行总功能抽象，综合考虑成本、紧凑性、占地面积、材料性能、安全问题等，实现总功能的具体化。

需求分解模块403，用于将所述可重构制造系统的功能需求分解为复杂度低的分功能需求；

功能模型建立模块404，用于利用生命系统理论LST的图符建立各个分功能需求的功能模型，每个分功能需求的功能模型的图符之间通过所述分功能需求的物质能量、信息流实现联结。

当建立新功能模型时，采用第一判断单元判断RMS中的现有功能模型是否满足分功能需求，如果现有构形的功能模型正好满足需求，功能模型确定单元将所述现有功能模型确定为所述分功能需求的功能模型，这样就可以直接重用现有构形的功能模型，节省了构形设计的时间，从而提高了RMS重构的效率。

如果RMS中的现有功能模型不满足分功能需求，第二判断单元判断能否通过对所述现有功能模型进行图符的增加、删除或修改使所述现有功能模型满足分功能需求，如果能通过添加、删除或者修改某个LST图符完成功能配置的改变，则功能模型修改单元对现有功能模型进行图符的增加、删除或者修改操作，功能模型确定单元将修改后的功能模型确定为所述分功能需求的功能模型，实现构形设计创新。

如果不能通过对所述现有功能模型进行图符的增加、删除或修改使所述现有功能模型满足分功能需求时，功能模型建立单元利用生命系统理论的图符建立所述分功能需求的功能模型。

逻辑分析模块405，用于对可重构制造系统的各尺度之间进行逻辑关系分析，得到逻辑分析结果，所述尺度包括机床构形配置尺度、单元布局尺度、系统结构尺度；

功能模型集成模块406，用于根据所述逻辑分析结果，将各尺度对应的功能模型进行集成，得到所述可重构制造系统的构形设计模型。

此外，系统还包括：功能遗漏判断模块，用于依据订单需求对建立的RMS多尺度构形设计模型进行检查，判断是否有遗漏的子功能，如果有遗漏，功能模型修正模块将遗漏的子功能添加到功能模型中，得到修正后的可重构制造系统的构形设计模型。

还包括：约束条件判断模块，用于判断所述可重构制造系统的构形设计模型是否符合设计约束条件；如果不符合，功能模型修改模块将不符合设计约束的部分做最后修改。至此，完成RMS重构过程中的构形设计通用模型的建立。

还包括：评估模块，用于利用公式对所述可重构制造系统的构形设计模型进行评估，得到所述可重构制造系统的构形设计模型的总成本C，其中，C表示可重构制造系统的构形设计模型的总成本；RMC表示可重构制造系统的构形设计模型包含的单元数量；RMT表示第i个单元包含的可重构机床数量；N表示第i个单元的第j台可重构机床包含的功能模块数量；c_ijk表示第i个单元的第j台可重构构机床的第k个功能模块的成本。

评估条件判断模块，用于判断可重构制造系统的构形设计模型的成本是否小于或等于成本预算，如果小于等于成本预算，则满足评估条件，则完成本次RMS构形设计任务；否则，需要返回模块返回步骤102重新进行需求分析转化。根据所述评估结果判断所述可重构制造系统的构形设计模型是否满足评估条件。

采用本发明可重构制造系统的构形方法及系统的具体实施例1：

首先进行系统层次的LST关键子系统构形表达。RMS系统由加工单元组成，由于RMS系统是以工件族为中心的进行构建的，每个单元可以独立完成对应工件族的加工任务，因此不存在跨单元加工的情况，即单元之间没有物质流、能量流、信息流，如图5(a)所示。从信息流、能量流和物质流的角度进行分析，RMS系统接受订单信息，进行订单分解和工件族划分，然后进行生产材料的分配，并在整个生产过程进行监控和调度，各个加工单元则是配合系统完成相应的加工任务。基于上述分析，利用LST关键子系统对信息流、物质/能量流进行表达：输入变换器对订单信息进行转换，译码器对输入信息进行译码，决策器完成决策，通过联结器将决策信息存储在内存器，通道与网络将内存器中的决策信息传送到内部变换器，内部变换器进行系统内的信息传递，包括完成系统层与单元层之间的生产信息传递功能，如图5(b)所示；决策信息流驱动分配器将存储器内的物质和能量分配到各个加工单元，并在单元内完成物质和能量转换，排泄器通过边界器排出废料，如图5(c)；整个系统的信息流、物质/能量流关系如图5(d)所示。

第二步进行单元层次的LST关键子系统构形表达。RMS加工单元包含一定数量的机床，机床之间相互配合完成加工任务，如图6(a)所示。从信息流、能量流和物质流的角度进行分析，加工单元收到系统发来的加工信息，做出加工路线的决策，然后将加工任务分配给需要用到的机床。整个生产过程中，机床和机床之间，机床和单元之间不断进行物质、能量和信息交换。基于上述分析，利用LST关键子系统对信息流、物质/能量流进行表达：内部变换器接受来自系统层的决策信息，单元的决策器对加工任务做出二次决策，通过联结器将二次决策信息存储在内存器，通道与网络将内存器中的决策信息传送到内部变换器，内部变换器进行单元内的信息传递，包括单元与机床、机床与机床之间的生产信息传递，如图6(b)所示；决策信息流驱动分配器将存储器内的物质和能量分配到所需的机床，并在机床内完成物质和能量转换，排泄器通过边界器排出废料，如图6(c)；整个单元的信息流、物质/能量流关系如图6(d)所示。

第三步进行机床层次的LST关键子系统构形表达。机床由底座、床身、主轴箱、刀架、进给箱、废料盘等部件组成，如图7(a)所示。底座和床身奠定了机床的大小，即机床的边界，并为其他部件提供支撑。主轴箱包含了机床的动力系统和控制系统，还兼顾了存储工件材料的功能。刀架用来安装刀具，通过进给系统和主轴的配合，完成工件的加工功能。从信息流、能量流和物质流的角度进行分析，主轴箱的控制系统存储和表达加工信息；主轴箱的动力系统为车床提供了原始动力，并完成了动力分配任务；工件加工过程中，通过刀架上的刀具、进给系统和主轴共同完成了加工功能，即物质形态的变换；废料盘用来处理加工残留的废料。基于上述分析，利用LST关键子系统对信息流、物质/能量流进行表达：内部变换器接受来自单元层的加工信息，通过联结器将单元层的二次决策信息存储在内存器，通道与网络将内存器中的决策信息传送到内部变换器，从而完成控制功能，如图7(b)所示；来自控制系统的信息流驱动原动器进行工作，分配器完成了动力分配功能，转换器利用分配器分配的动力将来自存储器的原材料进行物质转换，完成工件的加工功能，排泄器排出加工废料，整个过程都是在边界器和支撑器的协助下完成的，如图7(c)所示；整个机床的信息流、物质/能量流关系如图7(d)所示。

上述三个步骤完成了RMS多尺度构形设计的LST关键子系统表达，从信息流、能量流和物质流三个角度进行了层次内和层次间关系分析，完成基于LST关键子系统的RMS多尺度构形设计模型，如图8所示。该模型按照系统层、单元层和机床层的层次进行构形分析和设计，从LST的角度对RMS的构形进行表达，在保持各个层次功能完整性的同时，兼顾了各个层次之间的信息、物质和能量流的关系。另外，该模型具有重用性，可以通过关键子系统的增加、删除和替换等操作，进行构形创新。最后，利用模型评估方法，构成完整的RMS多尺度构形设计方法。

RMS面对市场波动具有快速响应能力，因此需要提高RMS系统重构的效率。当RMS产生系统重构需求时，需要立即进行系统构形设计，构形设计是系统重构的第一环节，构形设计的效率直接决定了系统重构的效率。

RMS重构构形设计涉及到系统、单元和机床的构形设计问题，在设计的过程中可以采用自顶向下或者自下向上的设计方式。自顶向下的设计方式可先从系统层面进行总体规划，然后再进行单元层次设计，最后通过机床构形配置完成整个重构构形设计的过程。自下向上的设计方式则是根据订单需要先进行机床构形配置，进一步形成单元构形，最后完成系统构形设计。不论是自顶向下还是自下向上，在设计过程中都需要充分考虑系统、单元和机床这三个尺度构形设计方案的可行性，若采用自顶向下的设计方案，首先从系统层面进行总体规划，这样可能就会忽略机床构形的可行性；若采用自下向上的设计方案，根据订单需求首先进行机床构形配置，往往会忽略系统的整体协调性。两种设计方式都需要充分分析系统、单元和机床三个尺度构形的物质流、能量流和信息流的关系，以论证RMS构形方案的可行性。

因此，本申请在重构构形设计过程中，从系统、单元和机床三个尺度的构形进行分析，既从系统尺度进行总体规划，也从机床尺度进行具体的设计分析，最大限度提高设计方案的可行性。如图9所示，在RMS构形设计的过程中根据订单需求，从三个尺度进行构形设计，并分析系统、单元和系统三个尺度之间的物质流、能量流和信息流之间的关系。在机床尺度构形设计过程中需要考虑主轴数量、主轴关系、主轴功能等因素；在单元尺度构形设计过程中需要考虑机床数量、机床交互和机床功能等因素；在系统尺度构形设计过程中需要考虑单元数量、单元交互和单元功能等因素。机床的构形决定了机床功能；单元构形由不同的机床构成，机床的功能决定了单元的功能；单元的数量、单元的交互构成了系统构形，单元的功能决定了系统的功能。从另一个角度分析，系统的构形限定了单元的数量、单元的功能和单元交互；单元的构形又限定了机床的数量、机床的功能等。机床、单元和系统三个尺度的构形设计过程中互相影响、互相制约，如果不进行尺度划分，在设计过程中必然会造成结构混乱，功能上也容易顾此失彼，也会大大降低构形设计效率，从而影响重构的整体效率。

LST论证了凡是有生命存在的地方均可分为复杂度递增的八个层次，具体为：细胞—器官—有机体—群体—组织—社团—社会—超国家系统。生命系统无论从哪个层次上均可以抽象出20个能够完成不同功能的基本过程，这些基本过程与一个或多个生命组元一起组成了生命系统的20个关键子系统，其中10个用于处理信息，8个用于处理物质/能量，另外两个介于二者之间，既负责处理物质/能量，又负责处理信息。

相对于RMS来说，每一台机床相当于LST的细胞层，不同加工功能的机床由通用模块(床身、主轴等)和特殊模块(刀具库、夹具等)构成，同样地，不同类型的细胞也包含了细胞膜、细胞液等相同的结构和液泡、叶绿体等特定类型细胞才有的结构。单元相当于LST的器官层，根据器官的定义(由不同的细胞和组织构成的结构，用来完成某些特定功能，并与其他分担共同功能的结构一起组成各个系统)，器官是具有特定功能的结构，这与RMS以工件族为中心构建的单元具有相同的特性，即每个加工单元能够完成工件族内所有工件的加工任务；另外，某些特殊工件需要进行跨单元加工，造成了单元之间的交互，既有特定的功能，又能通过跨单元交互构成了整个RMS的系统结构。系统相当于LST的有机体，RMS系统可以独立完成订单内的所有加工任务，与有机体具有相同的独立性。根据上述分析，RMS构形设计的多尺度模型与LST的细胞—器官—有机体的层次划分十分契合，在RMS构形设计过程中，如果纯粹用RMS多尺度模型(机床—单元—系统)，有很多信息无法量化描述，造成构形设计的困难，尺度之间的关系错综复杂难以用数学模型完整表达，而LST的每个层次都包含的20个关键子系统正好完美弥补了RMS多尺度模型的不足，因此改进RMS构形设计多尺度模型，结合LST的层次模型和20个关键子系统，提出本申请的基于LST的RMS构形设计多尺度模型，如图10所示。

改进的RMS构形设计多尺度模型的机床尺度-细胞层、单元尺度-器官层、系统尺度-有机体层一一对应，RMS尺度之间的关系和尺度内的构成因素之间的关系采用LST的20个关键子系统来描述。LST的20个关键子系统是由一组能够表达层次、子系统和生命系统流程的图符，如表1所示。这些图符同计算机科学和电子工程所采用的计算机符号是兼容的，为建立计算机辅助概念设计支持系统奠定基础。鉴于LST子系统能够完整表达信息、易操作、易修改、且具备不同领域之间的通用性，采用LST的20个关键子系统表达出来的构形设计模型具有信息完整性、易理解性、可重用性、可修改性等特性，在RMS重构过程中，可以大大提高构形设计过程的沟通效率，在通用构形设计模型的基础上做出所需的改进，从而设计出更接近实际需求更加合理的构形。因此，需要重点分析RMS不同尺度构形设计与LST20个关键子系统之间的关系。

表1

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。