[發(fā)明專利]一種基于實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)的制造系統(tǒng)模糊控制節(jié)能方法

在審

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• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107688294A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設計）人: 王峻峰;薛金;李世其;付艷;費子成
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 張彩錦,曹葆青

技術領域

本發(fā)明屬于生產(chǎn)制造系統(tǒng)節(jié)能控制領域，更具體地，涉及一種基于實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)的制造系統(tǒng)模糊控制節(jié)能方法。

背景技術

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、RFID、機器人等感知和自動化設備在生產(chǎn)制造領域的廣泛應用，提高了生產(chǎn)制造系統(tǒng)的自動化程度，但對于如何實現(xiàn)這些高度自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能控制是本領域亟待解決的問題。

現(xiàn)有的對于制造系統(tǒng)的能耗研究，大多是從研發(fā)新型低能耗機械加工設備的層面出發(fā)，忽視了從生產(chǎn)系統(tǒng)的整體性方向上對能耗的控制。目前該領域內有學者采用瞬態(tài)分析方法，對生產(chǎn)線的能耗問題進行分析，其基本思想是減少機器閑置狀態(tài)的持續(xù)時間，以達到提高生產(chǎn)線的能源效率的目的。另外一種是在生產(chǎn)計劃中確定制造過程中的能源消耗和資源，充分優(yōu)化生產(chǎn)過程和工藝設計，達到提高系統(tǒng)能耗利用效率的目的。但是這些方式均為指派模式的能耗控制措施，由于生產(chǎn)系統(tǒng)中隨機因素的存在，使得指派模式的能耗控制措施難以實現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)的準確描述，無法根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)實現(xiàn)對機器設備的實時控制，從而錯失節(jié)能時機。

模糊控制理論和模糊間隔算法被用于開發(fā)基于需求的生產(chǎn)過程控制的分布式和監(jiān)督式連續(xù)流控制架構，其目的是保持在制庫存和周期時間在低水平，通過調整每個生產(chǎn)階段的加工速度，提高機器利用率和產(chǎn)量，但對于如何利用模糊控制實現(xiàn)制造系統(tǒng)的節(jié)能控制仍然是本領域的一個難點。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)的制造系統(tǒng)模糊控制節(jié)能方法，其中結合生產(chǎn)制造系統(tǒng)自身的特點，相應設計了適用于生產(chǎn)制造系統(tǒng)的模糊控制節(jié)能方法，其基于實時獲取的機器上下游緩沖區(qū)信息，并利用實時獲取的信息進行主動節(jié)能行為決策，從而驅使機器的狀態(tài)發(fā)生改變，進而使得機器的工作能耗狀態(tài)發(fā)生轉移以實現(xiàn)節(jié)能生產(chǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)能耗的有效控制，具有操作便利、適用性強等優(yōu)點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種基于實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)的制造系統(tǒng)模糊控制節(jié)能方法，其包括如下步驟：

(1)實時獲取當前運行機器的上游緩沖區(qū)中在制品的數(shù)量和下游緩沖區(qū)中在制品的數(shù)量，以作為模糊判斷的兩個輸入變量；

(2)基于所述上游緩沖區(qū)中在制品的數(shù)量和下游緩沖區(qū)中在制品的數(shù)量采用模糊判斷規(guī)則進行模糊判斷，以得到模糊控制輸出值；

(3)根據(jù)所述模糊控制輸出值與預設的閾值進行比較，判斷該模糊控制輸出值是否小于預設的閾值，若是，將當前運行機器停機，若否，則保持當前狀態(tài)。

作為進一步優(yōu)選的，所述步驟(2)具體包括如下子步驟：

(2.1)緩沖區(qū)容量分區(qū)：將上游緩沖區(qū)和下游緩沖區(qū)根據(jù)各自的總容量分別等分為四個區(qū)間，共包括五個等分點，分別定義為空區(qū)域點、接近空區(qū)域點、正常區(qū)域點、接近充滿區(qū)域點、充滿區(qū)域點；

(2.2)機器狀態(tài)判斷：分別基于上游緩沖區(qū)中在制品的數(shù)量和下游緩沖區(qū)中在制品的數(shù)量判斷其所屬的區(qū)域點，根據(jù)上游緩沖區(qū)在制品的數(shù)量和下游緩沖區(qū)在制品的數(shù)量所屬的區(qū)域點以預設的規(guī)則判斷機器的狀態(tài)，包括開狀態(tài)和關狀態(tài)；

(2.3)輸出模糊控制輸出值：根據(jù)上游緩沖區(qū)在制品的數(shù)量和下游緩沖區(qū)在制品的數(shù)量所屬的區(qū)域點分別計算上游緩沖區(qū)在制品數(shù)量對應的隸屬度以及下游緩沖區(qū)在制品數(shù)量對應的隸屬度，并根據(jù)機器的狀態(tài)選取對應的隸屬度作為輸出隸屬度，最后選取輸出隸屬度中的最大值作為模糊控制輸出值。

作為進一步優(yōu)選的，所述隸屬度優(yōu)選采用重心法進行計算，具體為：

A)以上游緩沖區(qū)的總容量或下游緩沖區(qū)的總容量構建X軸，并等分為四個區(qū)間，以隸屬度的大小構建Y軸，然后以X軸為底邊構建多個高度為1的三角形；

B)判斷上游緩沖區(qū)中在制品的數(shù)量或下游緩沖區(qū)中在制品的數(shù)量所處的區(qū)間，即判斷第一輸入變量或第二輸入變量所處的區(qū)間，獲取經(jīng)過該第一輸入變量或第二輸入變量的垂線與構建的三角形的交點，然后用通過該交點的水平線截取所述三角形以獲得梯形或三角形；

C)計算步驟B)截取的所述梯形或三角形的重心作為第一輸入變量或第二輸入變量的隸屬度。

作為進一步優(yōu)選的，所述根據(jù)機器的狀態(tài)選取對應的隸屬度作為輸出隸屬度具體為：若機器的狀態(tài)為開狀態(tài)時，選取兩個輸入變量對應的隸屬度中較大的隸屬度作為輸出隸屬度；若機器的狀態(tài)為關狀態(tài)時，則選取兩個輸入變量對應的隸屬度中較小的隸屬度作為輸出隸屬度。

總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，主要具備以下的技術優(yōu)點：