[發明專利]一種生產線多機共享驅動系統的設計方法

有效

• 申請號: 201911224825.0
• 申請日: 2019-12-04
• 公開（公告）號: CN110968059B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 黃海鴻;鄒翔;李磊;劉志峰
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種生產線多機共享驅動系統的設計方法，所述生產線由K臺機器組成，并共同完成一個生產任務，其特征是，所述設計方法是按如下步驟進行：

步驟1、工藝設計：

根據生產線的生產任務，設計用于完成所述生產任務的K個工藝，并按照工藝先后順序依次排序，再根據加工材料，計算每個工藝的負載曲線，記為l₁,l₂,…,l_k,…,l_K，l_k表示第k個工藝的負載曲線，k＝1,2,…,K；令第k臺機器加工第k個工藝；

步驟2、任務設計：

步驟2.1、根據每個工藝的負載曲線的負載差異，將每個工藝分為多個加工階段，并將加工階段按照先后順序依次排序；

步驟2.2、利用式(1)得到第a個加工階段的功率相似度指數Ps_a：

式(1)中，ct_a、st_a分別為所述第a個加工階段的結束時間和開始時間，p_a(t)為所述第a個加工階段的需求壓力，q_a(t)為所述第a個加工階段的需求流量，A為總加工階段數；

步驟2.3、計算每個加工階段的功率相似度指數，并將在設定范圍內的功率相似度指數所對應的加工階段構成一個任務，從而得到m個任務，記任意第i個任務為TA_i；

步驟3、調度設計：

步驟3.1、利用式(2)調度m個驅動單元，使得m個驅動單元能連續不沖突地完成一個工藝的加工階段：

式(2)中，l_k為第k個工藝曲線，k＝1,2,…,K；b代表第k個工藝曲線的加工階段序號，為第i個任務TA_i中屬于第k個工藝曲線l_k中第b個加工階段的結束時間，為第z個任務TAz中屬于第k個工藝曲線l_k中第b+1個加工階段的開始時間，z＝1,2,…,m；

步驟3.2、利用式(3)調度m個驅動單元與m個任務內的所有加工階段，使得m個驅動單元按照設定的工藝先后順序依次不沖突地完成整個生產任務：

式(3)中，為第i個任務TA_i中屬于第k個工藝曲線l_k中最后一個加工階段的結束時間，為第z個任務TA_z中屬于第k+1個工藝曲線中第一個加工階段的開始時間；

步驟4、驅動單元設計：

步驟4.1、根據第i個任務TA_i中每個加工階段的需求壓力以及需求流量，設計完成第i任務TA_i中所有加工階段的第i個驅動單元DU_i，并由第i組電機和第i組泵組成，i＝1,2,…,m；m表示驅動單元總數；

步驟4.2、從設定的泵集合中，為第i個驅動單元DU_i選擇一個額定排量最小的液壓泵作為第i個基本流量單元Q_i，所述第i個基本流量單元Q_i在完成對應任務時的輸出壓力記為p_i，輸出流量記為q_i，輸出功率記為P_Qi，能量效率記為η_i；

步驟4.3、從設定的電機集合中，選擇與所述第i個基本流量單元Q_i相匹配的電機，使得所選擇電機在驅動對應任務時的負載率在所設定的區間內，從而得到第i個驅動單元DU_i中的基本電機單元D_i，并利用式(4)得到所述基本電機單元D_i在驅動對應動作時的負載率β_i：

β_i＝P_Qi/(P_Di×η_i) (4)

式(4)中，P_Di為第i個基本電機單元D_i的額定功率；

步驟5、共享驅動系統設計：

步驟5.1、利用式(5)得到第i個基本流量單元Q_i的最大值MAX_i，并逐個增加所述第i個驅動單元DU_i中第i個基本流量單元Q_i的數量至設定的最大值MAX_i：

MAX_i＝[Q_max/Q_i]+1 (5)

式(5)中，Q_max為單個機器輸出的最大流量值；

步驟5.2、依次逐個增加所述第i個基本電機單元D_i的個數，并與第i個基本流量單元Q_i相匹配；

步驟5.3、計算完成第k臺機器對應任務的時間和能耗為其中，n_i為所述第i個驅動單元DU_i增加的第i個基本流量單元Q_i的數量，n_i＝1,2,…,MAX_i；

步驟5.4、利用式(6)得到m個驅動單元共有的配置方案數量M：

步驟5.5、通過調度每一個配置方案內驅動單元的運行時間與空閑時間，使m個驅動單元依次有序完成所有任務內加工階段，并形成M個調度方案，從而利用式(7)得到第j個調度方案的總時間T_j：

式(7)中，為第j個調度方案中第i個驅動單元DU_i完成第k臺機器對應任務的時間，t(idle)_j為第j個調度方案中所有驅動單元的總卸荷時間，j＝1,2,…,M；

步驟5.6、利用式(8)得到第j個調度方案的總能耗E_j：

式(8)中，K為生產線中機器的總個數，為第j個調度方案中第i個驅動單元DU_i完成第k臺機器對應任務的能耗，E(idle)_j為第j個調度方案中所有驅動單元的總卸荷能耗；

步驟5.7、從m個調度方案的總時間和總能耗中選擇總時間和總能耗都較小的調度方案對應m個驅動單元作為K臺機器所共享的驅動系統，從而實現高效生產。

2.根據權利要求1所述的一種生產線多機共享驅動系統的設計方法，其特征是：

計算所述共享驅動系統中的第i個驅動單元DU_i內的所有基本流量單元的理論排量之和，從設定的泵集合中，選取理論排量等于所述第i個驅動單元DU_i內的所有基本流量單元的理論排量之和的單個大排量的泵，用于取代第i個驅動單元DU_i內的所有基本流量單元，并作為第i驅動單元的泵；

從設定的電機集合中選擇與所述第i個驅動單元DU_i的泵相匹配的電機，作為第i個驅動單元中的電機，所述第i個驅動單元DU_i中的電機在驅動對應任務時的負載率在設定的區間，以使得選取的電機在驅動對應任務時的能量效率不低于設定的效率值，以實現高效率運行。