具有专用缓冲区的柔性离散制造系统暂态性能预测方法技术方案

本发明专利技术公开的具有专用缓冲区的柔性离散制造系统暂态性能预测方法，属于生产系统分析领域。本发明专利技术实现方法为：对具有专用缓冲区的柔性离散制造系统建模，并定义六个暂态性能指标；通过构建四个辅助生产线的方式，在保证高精度的同时将预测问题简化，对系统进行高精度暂态性能解析分析，并预测暂态性能，提高暂态性能指标预测精度和效率；利用预测的暂态性能指标合理规划柔性离散制造系统生产过程，提高柔性离散制造系统生产效率和质量，节约生产成本，并解决柔性离散制造系统生产相关工程技术问题。所述暂态性能包括生产率、消耗率、在制品库存水平、机器饥饿率、机器阻塞率、批次完成时间。

Transient performance prediction method of FMS with special buffer

【技术实现步骤摘要】
具有专用缓冲区的柔性离散制造系统暂态性能预测方法
本专利技术属于生产系统分析领域，尤其涉及一种具有专用缓冲区的柔性离散制造系统暂态性能预测方法。
技术介绍
柔性制造一直以来都被广泛的使用于各类生产车间中。特别是近年来，随着各类智能制造策略的颁布和执行，柔性制造系统更被广泛的使用。柔性制造具有小批量的特点，这使得部分，甚至全部生产过程都处于暂态的过程。因此，其暂态性能的预测至关重要。另一方面，在柔性制造系统中，有时会为不同类型的产品提供专用的缓冲区。因此，一台机器可以从它的上游专用缓冲区中取出一种特定类型的零件，并在这台机器加工结束后将其放入其下游的此类型零件的专用缓冲区中。例如，在喷油器生产线上，不同制造阶段的部件存放在中央垫圈前的专用缓冲区中等待清洗。在摩托车制造中，多机种的传动箱经由专门针对每个机种的传送带传送。在半导体制造系统中，多个专用缓冲区用于避免化学污染。在许多基于顺序的装配线上，专用缓冲区可以避免由于缺陷零件的残片而造成的顺序中断。类似的例子可以在许多其他柔性制造系统中找到。然而，目前对于柔性生产系统的研究主要局限于稳态性能的研究，暂态性能的相关研究较为初级。对于本专利技术所处理的具有专用缓冲区的柔性生产系统，目前没有暂态性能相关研究的报告。
技术实现思路
本专利技术公开的具有专用缓冲区的柔性离散制造系统暂态性能预测方法要解决的技术问题是：能够对具有专用缓冲区的柔性离散制造系统进行系统建模，并在系统建模的基础上实现对具有专用缓冲区的柔性离散制造系统的高精度暂态性能解析预测。所述暂态性能包括生产率、消耗率、在制品库存水平、机器饥饿率、机器阻塞率、批次完成时间。本专利技术目的是通过下述技术方案实现的。本专利技术公开的具有专用缓冲区的柔性离散制造系统暂态性能预测方法，对具有专用缓冲区的柔性离散制造系统(以下简称系统)进行系统建模，并定义六个暂态性能指标。通过构建四组辅助生产线的方式对具有专用缓冲区的柔性离散制造系统进行高精度暂态性能解析预测，提高暂态性能指标预测精度和效率。利用预测的暂态性能指标合理规划柔性离散制造系统生产过程，提高柔性离散制造系统生产效率和质量，节约生产成本，并解决柔性离散制造系统生产相关工程技术问题。本专利技术公开的具有专用缓冲区的柔性离散制造系统暂态性能预测方法，包括如下步骤：步骤1：对具有专用缓冲区的柔性离散制造系统(以下简称系统)进行系统建模。所述系统为专用缓冲区和伯努利机器依次串行而成的柔性生产线，所述系统建模主要包括：确定系统参数、系统状态、生产顺序。所述系统参数包括系统基本参数、系统加工周期、伯努利机器可靠性模型参数、有限缓冲区参数；系统状态包括伯努利机器饥饿状态、伯努利机器阻塞状态、系统运行状态、系统调试状态。步骤1.1：确定生产系统基本参数。所述系统能够生产Q种类型的产品,表示为种类j。所述系统由M台伯努利机器和Q·(M-1)个专用缓冲区组成。伯努利机器由mi表示，专用缓冲区由bi,j表示。步骤1.2：确定系统加工周期。所有的伯努利机器有相同且时不变的加工周期τ，以加工周期τ为单位对时间轴进行分段。步骤1.3：确定伯努利机器可靠性模型。所有的伯努利机器服从伯努利机器可靠性模型：如果伯努利机器mi，i＝1,2,…,M，在生产种类j，j＝1,2,…,Q，产品过程中，既不阻塞也不饥饿，所述伯努利机器在一个加工周期生产一个工件的概率为pi,j，pi,j∈(0,1)，。与此同时，没能生产一个工件的概率为1-pi,j。参数pi,j被定义为伯努利机器mi生产种类j工件的效率。步骤1.4：确定伯努利机器饥饿状态。在一个加工周期内，如果伯努利机器mi处于工作状态,i＝2,3,…,M，但伯努利机器mi上游专用缓冲区bi-1,j，j＝1,2,…,Q，在前一加工周期结束时为空，则该伯努利机器在所述加工周期处于饥饿状态。步骤1.5：确定伯努利机器阻塞状态。在一个加工周期内，如果伯努利机器mi处于工作状态，i＝1,2,…,M-1,但伯努利机器mi下游专用缓冲区bi,j，j＝1,2,…,Q，在前一加工周期为满，并且伯努利机器mi的下游伯努利机器mi+1在该加工周期开始时无法从该专用缓冲区提取工件进行加工，则该伯努利机器在所述加工周期处于阻塞状态。伯努利机器mM不会处于阻塞状态。步骤1.6：确定专用缓冲区参数。每一个专用缓冲区bi,j，i＝1,2,…,M-1，j＝1,2,…,Q，由专用缓冲区容量Ni,j表征，Ni,j∈(0,∞)。专用缓冲区bi,j专用于种类j的工件。步骤1.7：确定生产顺序。种类j，j＝1,2,…,Q，工件共有Bj个需要被加工，所有的伯努利机器在每一种类产品生产结束前，都只生产此类型的工件。所有伯努利机器都按种类序号的递增顺序进行生产：先生产种类1的工件，最后生产种类Q的工件。步骤1.8：确定系统属于运行状态或调试转态。在生产种类j的运行过程状态，共有Bj，j＝1,2,…,Q，个种类j的工件被生产。当种类j，j＝1,2,…,Q-1，的工件生产完成后，进入下一种类生产的调试过程状态。当种类Q的工件被生产完成后，该生产过程结束。伯努利机器mi，i＝1,2,…,M，生产种类j产品，j＝2,3,…,Q，的调试状态在种类j的运行状态之前，持续tset,i,j个加工周期。由于生产过程开始前，种类1的调试已经完成，整数j起始于2。步骤2：根据系统模型和实际工程需要定义暂态性能指标，所述暂态性能指标包括生产率、消耗率、在制品库存水平、机器饥饿率、机器阻塞率、批次完成时间。步骤2.1：定义生产率(PRj(n))。在加工周期n里，伯努利机器mM生产种类j，j＝1,2,…,Q，工件数量的期望。步骤2.2：定义消耗率(CRj(n))。在加工周期n里，伯努利机器m1消耗种类j，j＝1,2,…,Q，工件数量的期望。步骤2.3：定义在制品库存水平(WIPi,j(n))。在加工周期n里，专用缓冲区bi,j，i＝1,2,…,M，j＝1,2,…,Q，中在制品个数的期望。步骤2.4：定义机器饥饿率(STi,j(n))。在加工周期n里，伯努利机器mi，i＝2,3,…,M，在处理种类j，j＝1,2,…,Q，工件的过程中，处于饥饿状态的概率。步骤2.5：定义机器阻塞率(BLi,j(n))。在加工周期n里，伯努利机器mi，i＝1,2,…,M-1，在处理种类j，j＝1,2,…,Q，工件的过程中，处于阻塞状态的概率。步骤2.6：定义批次完成时间(CTi,j)。伯努利机器mi，i＝1,2,…,M，完成种类j工件生产时，系统已进行加工周期数的期望。步骤3：构建由Q个M机生产线组成的辅助生产线1。根据步骤1建立的系统模型，此生产过程具有“无后效性”，即系统下一个加工周期的状态只与此加工周期状态有关。因此，此随机过程为马尔可夫链。令fi,j(n)∈{0,1,…,Bj}，i＝1,2,…,M，j＝1,2,…,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有专用缓冲区的柔性离散制造系统暂态性能预测方法，其特征在于：包括如下步骤，/n步骤1：对具有专用缓冲区的柔性离散制造系统进行系统建模，所述系统为具有专用缓冲区和伯努利机器依次串行而成的柔性生产线；所述系统建模主要包括：确定系统参数、系统状态、生产顺序；所述系统参数包括系统基本参数、系统加工周期、伯努利机器可靠性模型、缓冲区参数；系统状态包括伯努利机器饥饿状态、伯努利机器阻塞状态、系统运行状态、系统调试状态；/n步骤2：根据系统模型和实际工程需要定义暂态性能指标，所述暂态性能指标包括生产率、消耗率、在制品库存水平、机器饥饿率、机器阻塞率、批次完成时间；/n步骤3：构建由Q个M机生产线组成的辅助生产线1；/n步骤4：构建由Q个M机生产线组成的辅助生产线2；/n步骤5：构建由Q·M个单机生产线组成的辅助生产线3和由M-1个双机生产线组成的辅助生产线4，并将两组辅助生产线组合；/n步骤6：根据步骤5所述的辅助生产线3、辅助生产线4及系统模型，计算所述的两条辅助生产线的参数，所述参数包括辅助生产线3中伯努利机器效率

【技术特征摘要】
1.具有专用缓冲区的柔性离散制造系统暂态性能预测方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤1：对具有专用缓冲区的柔性离散制造系统进行系统建模，所述系统为具有专用缓冲区和伯努利机器依次串行而成的柔性生产线；所述系统建模主要包括：确定系统参数、系统状态、生产顺序；所述系统参数包括系统基本参数、系统加工周期、伯努利机器可靠性模型、缓冲区参数；系统状态包括伯努利机器饥饿状态、伯努利机器阻塞状态、系统运行状态、系统调试状态；
步骤2：根据系统模型和实际工程需要定义暂态性能指标，所述暂态性能指标包括生产率、消耗率、在制品库存水平、机器饥饿率、机器阻塞率、批次完成时间；
步骤3：构建由Q个M机生产线组成的辅助生产线1；
步骤4：构建由Q个M机生产线组成的辅助生产线2；
步骤5：构建由Q·M个单机生产线组成的辅助生产线3和由M-1个双机生产线组成的辅助生产线4，并将两组辅助生产线组合；
步骤6：根据步骤5所述的辅助生产线3、辅助生产线4及系统模型，计算所述的两条辅助生产线的参数，所述参数包括辅助生产线3中伯努利机器效率和辅助生产线4中伯努利机器的效率和
步骤7：根据步骤1至步骤6的分析结果，对系统进行高精度暂态性能解析预测，提高暂态性能指标预测精度和效率；所述的暂态性能指标包括生产率、消耗率、在制品库存水平、机器饥饿率、机器阻塞率、批次完成时间。


2.如权利要求1所述的具有专用缓冲区的柔性离散制造系统暂态性能预测方法，其特征在于：步骤1实现方法为，
步骤1.1：确定生产系统基本参数；
所述系统能够生产Q种类型的产品,表示为种类j；所述系统由M台伯努利机器和Q·(M-1)个专用缓冲区组成；伯努利机器由mi表示，专用缓冲区由bi,j表示；
步骤1.2：确定系统加工周期；
所有的伯努利机器有相同且时不变的加工周期τ，以加工周期τ为单位对时间轴进行分段；
步骤1.3：确定伯努利机器可靠性模型；
所有的伯努利机器服从伯努利机器可靠性模型：如果伯努利机器mi，i＝1,2,…,M，在生产种类j，j＝1,2,…,Q，产品过程中，既不阻塞也不饥饿，所述伯努利机器在一个加工周期生产一个工件的概率为pi,j，pi,j∈(0,1)；与此同时，没能生产一个工件的概率为1-pi,j；参数pi,j被定义为伯努利机器mi生产种类j工件的效率；
步骤1.4：确定伯努利机器饥饿状态；
在一个加工周期内，如果伯努利机器mi处于工作状态,i＝2,3,…,M，但伯努利机器mi上游专用缓冲区bi-1,j，j＝1,2,…,Q，在前一加工周期结束时为空，则该伯努利机器在所述加工周期处于饥饿状态；
步骤1.5：确定伯努利机器阻塞状态；
在一个加工周期内，如果伯努利机器mi处于工作状态，i＝1,2,…,M-1,但伯努利机器mi下游专用缓冲区bi,j，j＝1,2,…,Q，在前一加工周期为满，并且伯努利机器mi的下游伯努利机器mi+1在该加工周期开始时无法从该专用缓冲区提取工件进行加工，则该伯努利机器在所述加工周期处于阻塞状态；伯努利机器mM不会处于阻塞状态；
步骤1.6：确定专用缓冲区参数；
每一个专用缓冲区bi,j，i＝1,2,…,M-1，j＝1,2,…,Q，由专用缓冲区容量Ni,j表征，Ni,j∈(0,∞)；专用缓冲区bi,j专用于种类j的工件；
步骤1.7：确定生产顺序；
种类j，j＝1,2,…,Q，工件共有Bj个需要被加工，所有的伯努利机器在每一种类产品生产结束前，都只生产此类型的工件；所有伯努利机器都按种类序号的递增顺序进行生产：先生产种类1的工件，最后生产种类Q的工件；
步骤1.8：确定系统属于运行状态或调试转态；
在生产种类j的运行过程状态，共有Bj，j＝1,2,…,Q，个种类j的工件被生产；当种类j，j＝1,2,…,Q-1，的工件生产完成后，进入下一种类生产的调试过程状态；当种类Q的工件被生产完成后，该生产过程结束；伯努利机器mi，i＝1,2,…,M，生产种类j产品，j＝2,3,…,Q，的调试状态在种类j的运行状态之前，持续tset,i,j个加工周期；由于生产过程开始前，种类1的调试已经完成，整数j起始于2。


3.如权利要求2所述的具有专用缓冲区的柔性离散制造系统暂态性能预测方法，其特征在于：步骤2实现方法为，
步骤2.1：定义生产率(PRj(n))；
在加工周期n里，伯努利机器mM生产种类j，j＝1,2,…,Q，工件数量的期望；
步骤2.2：定义消耗率(CRj(n))；
在加工周期n里，伯努利机器m1消耗种类j，j＝1,2,…,Q，工件数量的期望；
步骤2.3：定义在制品库存水平(WIPi,j(n))；
在加工周期n里，专用缓冲区bi,j，i＝1,2,…,M，j＝1,2,…,Q，中在制品个数的期望；
步骤2.4：定义机器饥饿率(STi,j(n))；
在加工周期n里，伯努利机器mi，i＝2,3,…,M，在处理种类j，j＝1,2,…,Q，工件的过程中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾之阳，陈京川，黄龙珠，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11