[發(fā)明專利]一種隨機需求環(huán)境下制造系統(tǒng)重組的方法

在審

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• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113807590A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設計）人: 宋士剛
• 申請（專利權）人: 浙江工業(yè)大學之江學院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/08;G06Q50/04
• 代理公司: 紹興市越興專利事務所(普通合伙) 33220
• 代理人: 蔣衛(wèi)東

1.一種隨機需求環(huán)境下制造系統(tǒng)重組的方法，其特征在于，包括如下步驟：

1、制造系統(tǒng)重組的工藝規(guī)劃方法

(1)零件特征描述

把以特征為核心的有關特征加工工序的相關信息所形成的實體，定義為工藝元，并用五元組表示為

pe_ij＝(d_i，g_i，b_i，MP_ij，MR_ij)i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m

式中，d_i為特征f_i所屬方位面；g_i為特征f_i的形位公差；b_i為特征f_i與其它特征之間的關聯(lián)類別；MP_ij表示對特征f_i進行加工所采用的加工方法；MR_ij表示采用加工工藝MP_ij加工特征f_i所達到的加工精度；工藝元是零件工藝規(guī)劃的基本單元，是組成工藝過程的最基本模塊；零件的加工過程看作是從毛坯到成品不斷變化的過程，在此加工過程中，每個特征都處于一種加工狀態(tài)，因此每道工序的狀態(tài)信息由多個特征工藝元來標定，將這些特征工藝元的集合稱為過程特征；具體表達形式為：

P_t＝{pe_1，t，pe_2，t，…，pe_n，t}

其中，P_t表示第t道工序的過程特征；pe_1，t，pe_2，t，…，pe_n，t表示第t道工序所包含的1～n個特征工藝元；

過程特征是以零件的特征工藝元為中心，每一階段的工藝元映射一組加工信息；從毛坯到零件由多個過程特征所組成，每一個過程特征都包含相應的工藝元和加工信息；

(2)工藝相似性判定

進行工藝相似性判定首先是確定相似系數(shù)，工藝相似性計算采用自底向上的策略，先計算局部的相似性，再計算全局的相似性，逐層向上進行，最后求得零件實例總的相似性評價，每一層的求和均采用Tversky方法，即：

式中，待比較二個結點共有n個屬性值，w_i為第i個屬性的權重系數(shù)，F(xiàn)_i為第i個屬性的相似度函數(shù)；

(3)工序的組合

工序的組合按組合方法的不同分為基于公差的工序組合和基于并行原理的工序組合兩類；

(4)工藝的排序

根據(jù)單特征之間出現(xiàn)的關聯(lián)類別，給出了工序族內(nèi)工藝元之間的排序優(yōu)先級；

2、工藝驅動的設備布局規(guī)劃

步驟1：根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中現(xiàn)有設備的實際生產(chǎn)能力以及生產(chǎn)任務量，計算各設備的瓶頸率mp_i；

步驟2：基于加工工藝以及當前非瓶頸設備集H₂，根據(jù)工藝需求的要求判斷現(xiàn)有的制造資源能否完成該生產(chǎn)任務；如果現(xiàn)有設備能夠完成該生產(chǎn)任務，則通過邏輯重組將所需要的制造資源從現(xiàn)有的非瓶頸設備集H₂中選擇出來；通過邏輯重組的設備在物理位置上不相鄰而且不移動，在邏輯和概念上相互關聯(lián)構成臨時虛擬動態(tài)實體，這種關聯(lián)通過生產(chǎn)物流來實現(xiàn)；

步驟3：現(xiàn)有制造資源不能滿足工藝要求時需要進行物理重組，通過設備的重構、替換或添加新的設備形成新的加工設備集H₃來保證按時完成生產(chǎn)任務；

步驟4：設備的替換或添加新的設備時，采用一些新型的標準化的加工設備，其具有標準的對地基、能源要求，重量較輕，調(diào)整容易，在必要時通過移動位置來滿足生產(chǎn)的要求；

步驟5：綜合考慮加工設備集H₃中各設備的加工精度、生產(chǎn)成本以及負荷狀況，在滿足零件加工質(zhì)量的前提下，通常選擇負荷和生產(chǎn)成本最小的設備為最終所選設備；

步驟6：車間現(xiàn)場添加新設備時，有兩種策略：①直接放入某空閑空間；②挪動其他設備以放置；

步驟7：在設備布局規(guī)劃階段，通過設備的增減以及位置的調(diào)整產(chǎn)生新的布局，求出多個布局的重布局總成本，包括物料搬運成本、設備重置成本以及生產(chǎn)損失成本；

步驟8：應用動態(tài)規(guī)劃算法得到前幾個階段的優(yōu)化布局，確定各個階段添加或去除的設備，以及各個設備的布局位置；通過動態(tài)規(guī)劃的遞推方程，從初始布局開始計算，得到當前空間中的最優(yōu)布局；

3、可重組制造環(huán)境下的生產(chǎn)物流優(yōu)化

步驟1：基于加工工藝以及設備的布局，根據(jù)瓶頸設備集H₁各設備的實時加工狀態(tài)，對各瓶頸設備進行排序；

步驟2：依據(jù)各瓶頸設備緩沖區(qū)容量，以及輸入、輸出緩沖區(qū)現(xiàn)存在制品數(shù)，計算在沒有零件輸入與輸出時，第i臺瓶頸設備的待料開始時間TS_i和阻塞開始時間TB_i；具體計算如下所示：

式中：R為瓶頸設備上零件剩余加工時間，IN為瓶頸設備輸入緩沖區(qū)中零件數(shù)，t_i為零件i在瓶頸設備上的加工時間，E為瓶頸設備輸出緩沖區(qū)中剩余空位置數(shù)，Q_E為瓶頸設備輸入緩沖區(qū)中第一批E個零件，M為一個大的時間數(shù)，X的取值為設備上加工的零件數(shù)，當瓶頸設備沒有加工零件時X取0；

步驟3：根據(jù)當前物流運輸狀態(tài)確定各AGV_j的實時狀態(tài)，當AGV_j空閑時，說明此AGV_j當前沒有運輸任務，記A₁為空閑AGV集；與此相反，記A₂為有運輸任務的AGV集；

步驟4：計算空閑AGV集A₁中各AGV_j運送零件到瓶頸設備輸入緩沖區(qū)所用的時間PS_ij，以及從瓶頸設備輸出緩沖區(qū)運出零件所用的時間PB_ij；

步驟5：通過對各瓶頸設備的TS_i、TB_i、PS_ij、PB_ij進行比較；

步驟6：對存在待料和阻塞情況的瓶頸設備按照各個時段瓶頸率mp_ij的大小進行排序，優(yōu)先對瓶頸率大的設備指派相應的AGV_j進行物料運輸；其中，瓶頸設備各個時段瓶頸率為：

式中，mp_ij為第i臺設備在第j個時段上的瓶頸率；∑R_ij為第i臺設備在第j個時段上所有生產(chǎn)任務量；ΔC_ij為第i臺設備在第j個時段上的生產(chǎn)能力。