可重构制造系统（RMS）是一类构形可变的新型制造系统，借助于构形的变化能以经济的方式准确地提供各生产周期所需的功能和产能。RMS系统运作中的一个关键问题是在已知上一生产周期内的构形和即将到来的生产周期（当前生产周期）内的生产任务的基础上，为当前生产周期选择怎样的构形，即最优构形选择问题。对RMS最优构形选择这一复杂的多目标组合优化问题，尚缺乏系统化的、行之有效的求解理论与方法。 针对这一情况，在国家重点基础研究计划的项目“复杂生产制造过程实时、智能控制与优化理论和方法研究”的资助下，围绕课题“生产制造系统重构过程的实时协调控制理论与方法研究”，本文开展了对产品变化程度中等、中到高产量需求模式下，可重构加工系统的最优构形选择方法的研究，并提出了一种有效的系统化求解方法——三阶段方法。本文主要研究成果如下： 1．提出了综合考虑多方面的性能准则又切实可行的RMS最优构形选择的三阶段方法的框架。基于分层规划的思想，将RMS最优构形选择问题分解为依次进行的三个阶段来求解：RMS构形优化、候选构形的性能分析和构形选择。在第一阶段，通过选择部分重要且易于计算的指标作为目标函数，将RMS最优构形选择问题简化为RMS构形优化问题，并求解RMS构形优化问题获得前K优构形，这K个构形称为候选构形集。在第二阶段，对候选构形集中各构形在前一阶段中未涉及的耗时和难于计算的性能指标进行分析。在最后阶段，采用多目标决策方法，融入企业的决策偏好从候选构形集中选择一个最满意的构形作为当前生产周期的最优构形。 2．建立了RMS的单零件流水线（SPFL）和多零件流水线（MPFL）构形优化的0-1非线性规划数学模型。流水线构形中待优化的参数包括工作站数量、各个工作站内设置的机床的类型和数量以及所分配的工位操作（OS）。所建立的模型放宽了已有模型中一个工作站中只允许分配同一零件的一个工位操作的假设，而是允许在一个工作站中分配同一零件的多个工位操作。从而大大拓展了可行解空间，且解空间中包含优于现有模型最优解的可行解。所建立的模型的正确性和优势通过实例对比得到了验证。 3．提出了求解具有NP-hard复杂度的SPFL和MPFL构形优化问题的有效方法。 对SPFL构形优化问题，提出了一种系统的求解方法：面向优先图的方法。该方法充分利用零件的工序优先图的特点来获取高质量的解。对强序优先图，利用工序和OS的关系以及工序优先图，采用全拓扑排序算法获得所有的可行工位操作序列（FOS）；随后采用增广设备图构建算法构建关联所有FOS的复合增广设备图模型，通过求解复合增广设备图上的约束K最短路径（CKSP）问题获得前K优SPFL构形。对于一般优先图，发展出了一种面向FOS的遗传算法快速获取前K优构形。通过采用基于优先权的编码方式和基于零入度拓扑排序算法的解码方法，确保了每个染色体对应一个FOS；通过选择合适的交叉和变异算子，保证了染色体在进行遗传算子操作后的可行性。对于每个解码出来的FOS，采用了图论方法获得关联该FOS的最优SPFL构形。因而，搜索空间被限制在一个与所有FOS关联的最优SPFL构形构成的解空间中。在这个精化了的解空间中进行搜索，大大提高了GA的搜索效率并增加了获得全局最优解的可能性。 对MPFL构形优化问题，提出了适于从小规模到大规模问题求解的面向可行工位操作分配的遗传算法（FOAOGA）。在FOAOGA中，染色体只记录了可行工位操作分配（FOA）的信息，并采用了一种直接表示FOA的编码方式，通过记录各个零件的FOS中各OS所分配的工作站的ID，表征了一个FOA。所提出的编码和解码方法确保了每个染色体对应一个FOA。对FOA给出具有强多项式时间性质的FOAOCS算法以快速获得关联该FOA的最优MPFL构形。因而FOAOGA搜索的空间被限定在关联所有FOA的最优MPFL构形所组成的子空间中。在这个精化了的子空间中进行搜索大大提高了GA的效率，同时也增加了获得全局最优解的可能性。 以上SPFL和MPFL构形优化方法，通过案例对比研究验证了其优势和有效性。 4．构建了用于RMS构形选择的构形评价指标体系，解决了加工系统中零件的尺寸偏差的预测和重构成本的计算问题。所建立的层次结构的指标体系中涵盖了生产率、产品质量、转换性、缩放性和成本五方面的评价准则，各准则下又包含了相应的定量指标集。 在加工系统零件尺寸偏差预测方面，综合各工作站中夹具误差、基准误差和加工误差对零件尺寸偏差的影响，建立了串联多级加工系统中尺寸偏差在各工作站间传递的系统级模型，并将各种构形的加工系统转换为等价的串联多级加工系统，随后由蒙特卡罗仿真得到加工系统中零件的尺寸偏差。通过实例验证了加工系统零件尺寸偏差预测模型和方法的有效性。 在重构成本计算方面，所建立的重构成本模型主要考虑了设备添置费用和重构活动的劳动力成本，给出了与劳动力成本计算相关的重构规划问题的基于规则的启发式求解方法。在求解从源构形重构到目标构形的重构规划问题后，获得了最优（近优）重构动作序列，据此能有效估算重构成本。 5．建立了可重构制造系统构形选择这一多准则决策问题的层次结构模型，提出了一种混合AHP决策法。该方法的主要特点是对定性因素由模糊互补判断矩阵直接构造模糊一致矩阵，对定量因素由比值标度建立满足一致性的判断矩阵。通过采用混合AHP决策方法，科学的分解简化了可重构制造系统构形选择这一复杂决策问题，使决策过程易于操作，为根据企业决策偏好快速确定RMS最优构形提供了一种实用的决策方法。