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基于传播动力学的扰动环境下生产网络连锁效应研究方法技术

技术编号:20867003 阅读:37 留言:0更新日期:2019-04-17 09:26
本发明专利技术涉及生产车间连锁效应分析技术领域,是一种基于传播动力学的扰动环境下生产网络连锁效应研究方法,以生产系统中的制造节点为节点,生产活动之间的工艺关系为连边,根据建立的生产网络确定传播模型中的参数,任务流入流出的耦合参数,采用5W2H解析法结合工艺路线性理论,根据延误时间和经济损失对扰动强度进行评估判定,将扰动影响程度分为轻微扰动、中度扰动、重度扰动和严重扰动四种,选择网络中不同的节点作为传播源节点进行激活,对生产网络拓扑结构与扰动传播动力学特性之间的相互关系进行深入研究,以揭示扰动环境下作业车间独特的连锁传播规律。本发明专利技术为生产车间的平稳运行控制提供有效借鉴和依据。

【技术实现步骤摘要】
基于传播动力学的扰动环境下生产网络连锁效应研究方法
本专利技术涉及生产车间连锁效应分析
,是一种基于传播动力学的扰动环境下生产网络连锁效应研究方法。
技术介绍
个性化定制作为制造企业降低成本、提高竞争力的重要手段被广大企业争相采用。但这一生产方式的变更也将直接诱发紧急订单插入、物料齐套短缺、客户交货期更改等扰动事件发生频率的急剧增加。在车间运行过程中即使生产条件受到微小的扰动,随着生产过程的推进,这些扰动也会不断被传递、累计、放大,最终导致生产进度的极大拖延,生产稳定性的快速下降,严重时还会造成生产过程的混乱和中断。因此,研究制造车间在扰动环境下的传播动力学行为及其演变趋势,对于准确实施预防、修复措施,进而保证生产车间的平稳运行尤为重要,也逐渐成为近年来国内外学者关注的焦点问题。由于生产系统的复杂性、不确定性等特点,扰动环境下,任何制造环节的异常所造成的扰动都会依附于一定载体进行传播和蔓延,致使生产系统从正常运行到崩溃中断的过程会经历若干个不同的中间状态,这给生产过程扰动传播机理研究模型建立及其求解带来了极大的挑战。目前大多数研究主要侧重于探讨扰动环境下,某些生产属性受到外部扰动或者自身变化时,生产参数在工艺关联关系作用下的波动特点和变化规律,对于扰动对制造单元状态的影响,以及生产系统连锁效应是否能让生产系统继续保持在稳定状态仍缺乏深入的研究。因此本专利技术主要将复杂网络传播动力学理论应用于生产系统,对生产网络拓扑结构与扰动传播动力学特性之间的相互关系进行深入研究,以揭示扰动环境下作业车间独特的连锁传播规律。为生产车间的平稳运行控制提供有效借鉴和依据
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题,本专利技术提出了一种基于传播动力学的扰动环境下生产网络连锁效应研究方法。本专利技术是通过以下技术措施来实现的:一种基于传播动力学的扰动环境下生产网络连锁效应研究方法,连锁传播规模算法步骤如下:构建传播模型如下:步骤1:以生产系统中的制造节点为节点,生产活动之间的工艺关系为连边,加工时间为边权wij,确定邻接矩阵A,构成复杂网络视角下的生产系统网络,生成网络图;步骤2:根据建立的生产网络确定传播模型中的参数,任务流入流出的耦合参数,ε1、ε2,制造节点阈值Yi,计算节点参数步骤3:采用5W2H解析法结合工艺路线性理论,根据延误时间和经济损失对扰动强度进行评估判定,将扰动影响程度分为轻微扰动、中度扰动、重度扰动和严重扰动四种,对应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个等级,选择网络中不同的节点作为传播源节点进行激活;步骤4:由传播模型公式(2)以及步骤2中的参数设置更新所有制造节点状态,若xi(t+1)≥Yi,则制造节点被激活转为传播态,同时更新时间步长;步骤4.1:初始化节点状态值,对节点i与紧前工序的边权求和,得到节点的初始负载L(i),节点的加工能力是节点的固有属性为Capality(i),定义节点初始状态为步骤4.2:在添加t0时刻添加节点的负载ΔL(i),重新计算节点的状态找到节点i的下游邻接节点,得到下游节点集合U(i),获取节点集合中节点与其上游节点的连接权重wji+和入强度以及与其下游节点的连接权重wi+j和出强度并把将其下游工序保存到临时集合Temp中,使用公式计算在t0+1时刻下游节点的状态值。当集合U(i)的节点遍历完成,将Temp作为下一阶段的影响节点集合,直到整个网络状态到达稳定状态;步骤4.3:对于节点进行修复,根据节点自身的加工能力Capality(i)与所有节点的中加工能力最大的CapalityMax(i)的比值作为修复的概率,将节点的的加工能力提高0~20%之间的随机数;步骤4.4:统计每一时刻网络中失效节点的数量,步骤4.5:选取节点的度值、强度、介数和集聚系数四个网络属性,在同一扰动情况下,按各网络属性的降序排列,依次对节点添加相同扰动,分析不同网络特性对于失效规模的影响,在不同扰动下,分析网络的失效规模受扰动的影响;步骤5:循环整个步骤4,直至网络中所有节点的状态值均小于节点阈值,即xi(t+1)<Yi,i=1,2,…,n,扰动因素造成的生产系统连锁传播效应终止;其中:xi(t+1)表示制造节点i在时刻t+1的生产状态,xi(t)表示制造节点i在时刻t的生产状态,ε1∈(0,1)为任务流入的耦合强度,ε2∈(0,1),为任务流出的耦合强度,ε1+ε2<1,函数f(x)表示网络中的单个节点自身动力学行为,其物理意义可表征为资源节点生产能力约束的演化规律,在这里选择Logistic映射:f(x)=4x(1-x),当0≤x≤1时,0≤f(x)≤1,N1为网络中所有制造节点入度之和,N2为网络中所有制造节点的出度之和,A=a(i,j)N×N为邻接矩阵,描述网络中制造节点的耦合关系,若制造节点i和制造节点j之间有边相连,则aij=1,否则aij=aji=0,不允许制造节点和自身相连,wij为制造节点i指向邻居制造节点j的边权,为入强度,表示制造节点i的入边权之和,为出强度,表示制造节点i出边权之和,绝对值在式中保证制造节点生产状态不小于0。本专利技术中,制造节点i在t时刻受到扰动,i在第t+1时刻被激活,制造节点i的关联制造节点均受t+1时刻制造节点i状态的影响,这些受牵连的制造节点的状态按公式(2)计算,其状态值若大于等于阈值Yi,将导致更多制造节点失效,如此循环计算车间在扰动环境下的蔓延及连锁效应,对生产系统的多态性进行描述,刻画扰动环境下生产系统四种状态的演变过程以及扰动影响下制造节点的状态构成,揭示扰动因素在生产过程中的传播行为。实施例:(1)数据整理1)以某农机产品企业C车间数据为例,对扰动环境下可能引发的连锁效应进行研究。该车间共有36台制造单元,主要包括光纤切割机、3cm(6cm)剪切机、6cm折弯机、压力机、数控冲床、普通冲床等,表示为Ri,i={1,2,…,36}。表1为各工件的加工制造单元、加工时间和准备时间。表1工件处理时间t/min及准备时间r/min2)对于实际的作业车间调度问题进行求解,得到以makespan为目标的优化调度方案:初始调度方案中包含机器总数m、工件总数n、在第k个机器的第s个次序上加工的工序信息:工序号、工件号、工序开始时间、工序结束时间;每个工件的加工过程由m道工序组成。(2)建立生产系统网络模型根据优化调度方案,得到工序的制造资源m以及机器维紧后工序机器维和工件维的紧后工序将工序映射到制造资源,以制造节点i输出的任务占用制造节点j的时间作为节点之间的权重,以制造节点的加工能力为节点的阈值,形成以制造单元为节点,工艺约束为连边的生产系统网络图。(3)获取网络模型的网络参数根据所建立网络模型,统计制造节点的网络属性,节点度表示节点i关联节点的数量,n为节点数量,aij表示节点i和j是否存在关联,存在为aij=1,否则aij=0;节点强度wij为节点i与j边权。节点介数表示网络中任意两个节点最短路径经过该节点i的数目,δt示从顶点s到顶点t的所有最短路径数目,而δst(r)表示从顶点s到顶点t经过顶点r的所有最短路径数目。C(i)=2Ei/(ki(ki-1)),ki表示与节点i关联的节点数量,Ei表示节点i关联节点存在关联的数量。表2生产网络部分节点拓扑特性本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于传播动力学的扰动环境下生产网络连锁效应研究方法,其特征在于,连锁传播规模算法步骤如下:构建传播模型如下:

【技术特征摘要】
1.一种基于传播动力学的扰动环境下生产网络连锁效应研究方法,其特征在于,连锁传播规模算法步骤如下:构建传播模型如下:步骤1:以生产系统中的制造节点为节点,生产活动之间的工艺关系为连边,加工时间为边权wij,确定邻接矩阵A,构成复杂网络视角下的生产系统网络,生成网络图;步骤2:根据建立的生产网络确定传播模型中的参数,任务流入流出的耦合参数,ε1、ε2,制造节点阈值Yi,计算节点参数步骤3:采用5W2H解析法结合工艺路线性理论,根据延误时间和经济损失对扰动强度进行评估判定,将扰动影响程度分为轻微扰动、中度扰动、重度扰动和严重扰动四种,对应I、II、III、IV四个等级,选择网络中不同的节点作为传播源节点进行激活;步骤4:由传播模型公式(2)以及步骤2中的参数设置更新所有制造节点状态,若xi(t+1)≥Yi,则制造节点被激活转为传播态,同时更新时间步长;步骤4.1:初始化节点状态值,对节点i与紧前工序的边权求和,得到节点的初始负载L(i),节点的加工能力是节点的固有属性为Capality(i),定义节点初始状态为步骤4.2:在添加t0时刻添加节点的负载ΔL(i),重新计算节点的状态找到节点i的下游邻接节点,得到下游节点集合U(i),获取节点集合中节点与其上游节点的连接权重wji+和入强度以及与其下游节点的连接权重wi+j和出强度并把将其下游工序保存到临时集合Temp中,使用公式计算在t0+1时刻下游节点的状态值;当集合U(i)的节点遍历完成,将Temp作为下一阶段的影响节点集合,直到整个网络状态到达稳定状态;步骤4.3:对于节点进行修复,...

【专利技术属性】
技术研发人员:袁逸萍李晓娟巴智勇李明阿地兰木·斯塔洪
申请(专利权)人:新疆大学
类型:发明
国别省市:新疆,65

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