[發明專利]一種基于質量狀態任務網的制造系統健康診斷與預測方法

在審

• 申請號: 201710455325.2
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107194826A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 何益海;谷長超;陳兆祥;韓笑
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06Q50/04
• 分類號: G06Q50/04;G06Q10/06;G06Q10/04
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

技術領域

本發明提供了一種基于質量狀態任務網的制造系統健康診斷與預測方法，屬于生產管理技術領域。

背景技術

制造業是一個國家的經濟命脈，隨著“中國制造2025”和“互聯網+”等智能制造理念的提出，2016年，工信部、財政部聯合編制了《智能制造發展規劃(2016～2020年)》，并指出聚焦感知、控制、決策、執行等關鍵環節，推進學研用聯合創新，旨在提升預測準確性，提高制造決策、執行的科學性。顯然，先進制造技術已然成為提高制造業核心競爭的必然要求。健康診斷與預測作為評價制造系統運行狀態的關鍵技術，在指導產品質量控制、生產調度和預測性維護決策中起著舉足輕重的作用。

隨著當前小批量、個性化生產模式的盛行，多工位制造系統的柔性要求進一步提高，這也進一步的導致了制造系統中會存在復雜的生產任務流。此外，在制造系統的運行過程中，通常組件故障會導致系統的任務執行能力下降，但不會使系統完全失效，因此制造系統的設備性能具有多態性特性，而產品作為制造系統的輸出，其質量更是具有不確性特征。由于制造系統的復雜性和功能的特殊性，設備性能指標的簡單集成顯然不能充分的表征制造系統的制造健康狀態，而將其視為影響制造系統健康狀態的一個基本指標更為恰當。在宏觀角度上，制造系統的直接服務對象是生產任務，它通常表現為對某特定產品的數量要求，在制造系統中存在著受設備制造合格率影響的生產任務要求的演化和傳遞，即任務執行狀態。在實際生產中，產品質量作為制造系統的主要輸出特性，在保證合格的基礎上，對產品合格程度的量化能夠更加精細化的表征制造系統的健康狀態。因此，在制造系統中，生產設備，生產任務和被制造產品三者之間是一個有機的整體，具有緊密的相互影響關系，而對制造系統健康狀態的診斷和預測是一個極具挑戰性的研究課題。在智能制造的“預測+制造”理念背景下，如何表述和預測設備的性能狀態、生產任務的執行情況以及輸出產品的質量水平，并系統分析三者之間的關系，進行制造系統健康狀態的系統評估和預測，是制造領域公認的科學難題。

現階段，健康診斷與預測主要針對零部件進行，以制造設備性能或者壽命診斷(即可靠性分析)為主，忽略了對制造任務及被制造產品狀態及數據的應用，并逐漸形成了基于模型的預測和基于數據的預測兩種方法。基于模型的預測要建立在對故障機理的深度解析下，并且模型具有較強的針對性，這種方法花費高，普適性差，不適用于系統級的健康診斷；隨著大量傳感器在生產線上的使用，基于數據的預測方法逐漸得到重視，該方法能夠顯著節省成本、提高效率，但其預測的準確性依賴于對健康內涵的理解。因此，只有在深入理解制造系統健康內涵的基礎上，才能利用系統運行大數據對制造系統健康狀態進行診斷和預測，進而有效的指導生產計劃與視情維修活動。因此，本專利從系統工程的角度分析了制造系統主要組成要素之間的功能邏輯關系，定義了制造系統健康內涵，即制造系統在規定時間內完成生產任務并輸出高質量產品的能力。提出了質量狀態任務網模型用于組織各類運行數據，進而提出了一種基于質量狀態任務網的制造系統健康診斷與預測方法：量化制造系統組件性能狀態、任務執行狀態以及產品質量狀態，進而整合以上三種狀態得到表征制造系統運行狀態的任務可靠性指標和表征輸出產品質量的合格程度指標，對制造系統健康狀態進行綜合診斷和預測。本發明給出的一種基于質量狀態任務網的制造系統健康診斷與預測方法，集成了生產過程中的設備性能、任務執行、產品質量三個關鍵要素，從總體上關注了整個制造系統的健康狀態，以這種理論指導制造系統健康預測，能夠全面分析制造系統的運行狀態，進而科學的指導生產調度與視情維修，降低了生產過程的不確定性，進而保證了生產質量和效益。

發明內容

(1)本發明的目的：

針對傳統制造系統健康診斷與預測方法的不足，本發明提供一種新的制造系統健康診斷與預測方法——一種基于質量狀態任務網的制造系統健康診斷與預測方法。基于智能制造中“預測+制造”的生產理念，從系統工程角度分析制造系統物理上的多工位和功能上的多態性特性，在理論研究方面突破已有的制造系統健康狀態的認知框架，將制造任務執行狀態及被制造產品質量狀態考慮進來，研究制造系統健康狀態內涵及表征指標，建立綜合表征被制造產品質量狀態、設備性能狀態、制造任務執行狀態的質量狀態任務網模型，并提出基于質量狀態任務網的制造系統健康診斷與預測方法，為科學地進行生產調度和系統維修提供理論基礎和依據。

(2)技術方案：

本發明一種基于質量狀態任務網的制造系統健康診斷與預測方法，提出的基本假設如下：