[發明專利]一種考慮機床能耗的生產線緩沖區配置系統及方法

有效

• 申請號: 202010092615.7
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111310924B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 張彩霞;董樹林;劉志峰;閆俊;初紅艷
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06Q10/0631
• 分類號: G06Q10/0631;G06Q50/04;G06Q10/04;G06N3/126
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種考慮機床能耗的生產線緩沖區配置方法，實現該方法的系統包括輸入模塊：用于收集車間信息及數據；

分析模塊：用于將所輸入的數據進行計算、分析，并建立相應數學模型，計算緩沖區配置方案；

輸出模塊：用于對所得出的配置方案進行輸出；

其特征在于：包括以下步驟：

步驟(1)針對緩沖區配置需要考慮的因素，確定車間面積信息、設備信息、工藝信息、加工節拍、工件尺寸信息、安全距離要求，根據輸入數據分析生產線各生產區域的對應設備及所需面積情況及生產線的相關參數；

步驟(2)在建立車間布局模型的基礎上，根據導入的數據建立機床可用度模型及機床能耗模型；

步驟(3)根據工件托盤的尺寸及設定緩沖區容量分配方法分配緩沖區面積，并根據得到的車間各工作區域面積建立車間布局模型；

步驟(4)在預設的約束條件下，采用遺傳算法對所建立的車間布局模型進行求解，輸出最優緩沖區配置方案；

步驟(2)具體為：

根據輸入的設備工序加工節拍C_i計算設備的生產率，并采用設備的狀態轉移速率平衡方程進行模型建立，對于混流生產時的設備生產率計算時，生產率計算存在以下兩種情況：同一臺設備需加工不同的產品或后續工序根據產品的不同分流進行并行工序加工；

對于一臺設備同時需要加工多類產品的情況，在生產排序盡量使生產節拍靠近平均加工時間時，加工速率為平均生產節拍的倒數1/C_i；

對于后續并聯D個設備的設備，若該設備為j，為后續每臺設備生產的工件數為n_d，對應的每個產品的加工時間t_d，則將該設備相對于后續D臺設備進行單獨計算生產節拍，每個設備生產產品的節拍分別為C_j1,C_j2,···,C_jD，計算方法為總加工時間與對應加工產品數的比值，即：

則分離后設備的名義加工速率為1/C_jd；求解出所有設備的生產率后，按照設定的緩沖區容量代入如下設備的狀態轉移速率平衡概率方程進行求解各機床可用度；

其中：N_i、n分別為緩沖區內的工件容量及數目，且0nN_i+1；表示當前節點處于不同狀態的概率，其中右下角的N_i為設備及對應緩沖區中工件數量，且u、v分別代表正常工作或阻塞的情況；μ_i、λ、

i

分別代表名義加工速率，實際加工速率，工件名義到達速率，工件實際到達速率；為設備i堵塞其前序設備的概率；

計算設備的生產速率后，生產速率較小的可視為瓶頸工序，對瓶頸工序后配置緩沖區，從而使后續設備能夠節省相應的空閑待機能耗；機床閑置時，其可能存在待機等待或開關機兩種狀態，通過調節緩沖區配置，對機床的閑置狀態進行調節，從而降低機床能耗；

若機床j的開關機能耗為P_SE，待機功率為WL_j，機床j開關機一次的時間為T_j，則機床j的空置時選擇待機等待還是開關機的取決于機床的空載平衡時間TI_j：

開關機策略為：當閑置時間小于TI_j時，機床選擇待機等待；反之，選擇開關機；在此開關機策略下，若機床j前的緩沖區容量為B_j，則考慮緩沖區配置的機床j的空閑等待能耗為：

其中：N₁為機床j開始加工前緩沖區內需達到的工件數，N₂為機床j前緩沖區內工件再次達到0時所加工的工件數量，C_j-1為設備j前一個設備相對于設備j的加工節拍；

假設機床j前的緩沖區預留安全容量為n_b，工件i在機床j的加工時間T_ij；則對于N₁,N₂的計算方法為：

N₁＝B_j-n_b

機床能耗的計算方法為：

P_ij為工件i在機床j上的加工能耗。