一种装配生产线脆性时间窗度量方法与弹性控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种装配生产线脆性时间窗度量方法与弹性控制系统，涉及工业自动化技术领域。一种装配生产线脆性时间窗度量方法，通过弹性控制系统得出装配生产线的状态方程，并根据装配生产线的状态方程获取每个潜在的扰动事件下机器的脆性时间窗口，即算出扰动事件的发生时刻与装配生产线造成永久性生产损失的时刻之间的时间间隔，再通过判断扰动事件的持续时间是否在脆性时间窗口内，实现对装配生产线的脆性进行数学量化，并对装配生产线的脆性作出评估，进而实现对装配生产线作出合理维修决策，对装配生产线实际中的维护、节能和换产具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种装配生产线脆性时间窗度量方法与弹性控制系统
本专利技术涉及工业自动化
，特别是一种装配生产线脆性时间窗度量方法与弹性控制系统。
技术介绍
现有技术聚焦在生产线正常工作情况下的效能评估，这种技术接近于静态设计，而生产系统的动态性能分析受到的重视较少。此外，现有技术通常是从统计角度，通过绩效指标例如利用率、生产总量等对产线进行衡量，大多忽略对产线故障情况的衡量和对故障之后的控制决策。因此，现有技术最大的缺点在：1、现有的技术方案建模过程中，大多缺乏对产线设备发生故障或者需要预防性维修等离散事件这一方面的考虑，因此所得模型大多缺乏对产线的脆性评估。2、现有技术面对设备故障或者预防性维修时，大多缺乏对产线的脆性进行数学量化，因此难以对产线的故障进行分析评估和弹性控制决策。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术的目的在于提出一种装配生产线脆性时间窗度量方法与弹性控制系统，以实现对装配生产线的脆性进行数学量化，并对装配生产线的脆性作出评估，进而实现对装配生产线作出合理维修决策。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种装配生产线脆性时间窗度量方法，装配生产线为N(N≥1)个机器和N-1个缓冲区交替设置的串联生产线，所述方法包括以下步骤：步骤1：物理车间和虚拟车间之间进行虚实同步；步骤2：在装配生产线开始作业之前，初始化弹性控制系统中装配生产线状态的各参数，并计算出装配生产线中断状态方程和装配生产线无中断状态方程；并根据装配生产线两个状态方程获取每个潜在的扰动事件下机器的脆性时间窗口；其中，脆性时间窗口是指在扰动事件的发生时刻与装配生产线造成永久性生产损失的时刻之间的时间间隔；步骤3：在装配生产线开始作业的任何时候检查装配生产线是否发生扰动事件；若是，则转到步骤4；若否，则转到步骤8；步骤4：判断扰动事件的持续时间是否在脆性时间窗口内；若是，则在脆性时间窗口内，在原有的装配生产线上对发生扰动事件的机器进行纠正维护，然后转到步骤7；若否，则转到步骤5；步骤5：判断是否有备用机器替换发生扰动事件的机器以重组装配生产线；若是，则对装配生产线进行重组，然后转到步骤7；若否，则转到步骤6；步骤6：判断是否有备用工人代替发生扰动事件的机器工作；若是，则用备用工人代替故障机器进行工作，然后转到步骤7；若否，则等待故障机器的维修结束，转到步骤7；步骤7：将扰动事件导致的中断记录在故障数据库中；步骤8：利用统计的故障数据库对装配生产线进行预防性维护。本专利技术还提供一种装配生产线弹性控制系统，应用在上述的一种装配生产线脆性时间窗度量方法，包括物理车间和数字孪生系统，还包括建立在数字孪生系统的弹性控制决策模块以及与物理车间相对应的装配生产线模型；数字孪生系统用于装配生产线模型与物理车间的装配生产线虚实同步；弹性控制决策模块用于根据装配生产线模型计算出装配生产线中断状态方程和装配生产线无中断状态方程；并根据装配生产线两个状态方程获取每个潜在的扰动事件下机器的脆性时间窗口；弹性控制决策模块还用于对装配生产线进行预防性维护和用于扰动事件发生后作出对应的维修决策。进一步，在装配生产线模型中，扰动事件数字量化为E(mi,te,di)，其中mi表示第i个机器,te表示扰动事件发生的时刻，di表示扰动事件的持续时间；装配生产线造成永久性生产损失是指扰动事件E(mi,te,di)引起瓶颈机器mk饥饿或堵塞。进一步，弹性控制决策模块运用极大代数的方法计算脆性时间窗口，包括极大加法，其公式为：还包括极大乘法，其公式为：另外，引入参数ε和参数e，参数ε相当于-∞；参数e相当于0，则有公式：其中，公式(1)、(2)、(3)和(4)中的a表示为一个数值，b表示为一个数值；首先，弹性控制决策模块运用极大代数对装配生产线模型建立状态方程式，并且考虑装配生产线扰动事件发生的情况；其中，发生扰动事件机器mi的中断输入wi(r)表示为：公式(5)表示，第i台机器发生扰动事件后，中断输入wi(r)为扰动事件的发生时刻te；其他情况如没有扰动事件发生时，中断输入wi(r)则为空，即ε；对于任意的第i台机器(1≤i≤N)，开始处理第r个作业，需要满足以下条件：1)第r个作业可被第i台机器用于加工，且第i-1台机器已完成第r个作业；2)第i台机器已完成第r-1个作业；3)如果因为扰事件导致第i台机器停机，则第i台机器必须在te+di时刻恢复以处理第r个作业；因此，装配生产线模型中机器的极大代数方程式表达为：公式(6)中，Xi(r)表示第r个作业在第i台机器上的作业开始时刻，ti表示第i台机器的作业时间；则第一台机器的极大代数方程式表示为：特别地，假定第一台机器永远不会饥饿，则X0(r)可省略，因此第一台机器的极大代数方程式表达为：基于公式(6)和公式(7)，得出所有机器组装第r个作业的开始时刻的统一矩阵形式：其中，X(r)＝[X1(r)，X2(r)，…，XN(r)]T，W(r)＝[w1(r)，w2(r)，…，wN(r)]T，考虑串联装配生产线带有缓冲区的情况，则第i台机器必须基于一个额外的假设才能开始处理第r个作业：第i+1台机器必须已经开始组装第r-Bi+1-1个作业，以便在下游缓存区中至少保留一个空缺。其中Bi+1表示第i+1个缓冲区的矩阵；因此，基于考虑串联装配生产线带有缓冲区的情况，对公式(6)进行优化，得出考虑缓冲区的装配生产线模型中机器的极大代数方程式：根据公式(10)，得出所有机器组装第r个作业的开始时刻的统一矩阵形式：其中，公式(11)中的B为公式(9)中的矩阵B，公式(11)中的B1、B2、…BN-1为对应缓冲区的矩阵；基于计算得出用于简化等式(11)；因此，简化后的公式(11)为：其中，基于公式(12)，计算出装配生产线中断状态方程：其中，C＝[ε，...，ε，tN],E＝[ε，...，ε，dN]；特别地，假设装配生产线没有任何中断，则可以通过消除中断输入来表示所有机器组装第r个作业的开始时刻的统一矩阵形式：基于公式(14)，计算出装配生产线无中断状态方程：其中，公式(15)中的C为公式(13)中的矩阵C；根据公式(13)和(15)得到计算脆性时间窗口的公式：其中，VTWi(te)表示为扰动事件发生不会造成装配生产线永久性生产损失的时间间隔的最大值，即脆性时间窗口。在本专利技术中，通过弹性控制系统得出装配生产线的状态方程，并根据装配生产线的状态方程获取每个潜在的扰动事件下机器的脆性时间窗口，即算出扰动事件的发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装配生产线脆性时间窗度量方法，装配生产线为N(N≥1)个机器和N-1个缓冲区交替设置的串联生产线，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤1：物理车间和虚拟车间之间进行虚实同步；/n步骤2：在装配生产线开始作业之前，初始化弹性控制系统中装配生产线状态的各参数，并计算出装配生产线中断状态方程和装配生产线无中断状态方程；并根据装配生产线两个状态方程获取每个潜在的扰动事件下机器的脆性时间窗口；其中，脆性时间窗口是指在扰动事件的发生时刻与装配生产线造成永久性生产损失的时刻之间的时间间隔；/n步骤3：在装配生产线开始作业的任何时候检查装配生产线是否发生扰动事件；若是，则转到步骤4；若否，则转到步骤8；/n步骤4：判断扰动事件的持续时间是否在脆性时间窗口内；若是，则在脆性时间窗口内，在原有的装配生产线上对发生扰动事件的机器进行纠正维护，然后转到步骤7；若否，则转到步骤5；/n步骤5：判断是否有备用机器替换发生扰动事件的机器以重组装配生产线；若是，则对装配生产线进行重组，然后转到步骤7；若否，则转到步骤6；/n步骤6：判断是否有备用工人代替发生扰动事件的机器工作；若是，则用备用工人代替故障机器进行工作，然后转到步骤7；若否，则等待故障机器的维修结束，转到步骤7；/n步骤7：将扰动事件导致的中断记录在故障数据库中；/n步骤8：利用统计的故障数据库对装配生产线进行预防性维护。/n...

【技术特征摘要】
1.一种装配生产线脆性时间窗度量方法，装配生产线为N(N≥1)个机器和N-1个缓冲区交替设置的串联生产线，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：物理车间和虚拟车间之间进行虚实同步；
步骤2：在装配生产线开始作业之前，初始化弹性控制系统中装配生产线状态的各参数，并计算出装配生产线中断状态方程和装配生产线无中断状态方程；并根据装配生产线两个状态方程获取每个潜在的扰动事件下机器的脆性时间窗口；其中，脆性时间窗口是指在扰动事件的发生时刻与装配生产线造成永久性生产损失的时刻之间的时间间隔；
步骤3：在装配生产线开始作业的任何时候检查装配生产线是否发生扰动事件；若是，则转到步骤4；若否，则转到步骤8；
步骤4：判断扰动事件的持续时间是否在脆性时间窗口内；若是，则在脆性时间窗口内，在原有的装配生产线上对发生扰动事件的机器进行纠正维护，然后转到步骤7；若否，则转到步骤5；
步骤5：判断是否有备用机器替换发生扰动事件的机器以重组装配生产线；若是，则对装配生产线进行重组，然后转到步骤7；若否，则转到步骤6；
步骤6：判断是否有备用工人代替发生扰动事件的机器工作；若是，则用备用工人代替故障机器进行工作，然后转到步骤7；若否，则等待故障机器的维修结束，转到步骤7；
步骤7：将扰动事件导致的中断记录在故障数据库中；
步骤8：利用统计的故障数据库对装配生产线进行预防性维护。


2.一种装配生产线弹性控制系统，应用在权利要求1所述的一种装配生产线脆性时间窗度量方法，包括物理车间和数字孪生系统，其特征在于，还包括建立在数字孪生系统的弹性控制决策模块以及与物理车间相对应的装配生产线模型；
数字孪生系统用于装配生产线模型与物理车间的装配生产线虚实同步；
弹性控制决策模块用于根据装配生产线模型计算出装配生产线中断状态方程和装配生产线无中断状态方程；并根据装配生产线两个状态方程获取每个潜在的扰动事件下机器的脆性时间窗口；
弹性控制决策模块还用于对装配生产线进行预防性维护和用于扰动事件发生后作出对应的维修决策。


3.根据权利要求2所述的一种装配生产线弹性控制系统，其特征在于：在装配生产线模型中，扰动事件数字量化为E(mi,te,di)，其中mi表示第i个机器,te表示扰动事件发生的时刻，di表示扰动事件的持续时间；
装配生产线造成永久性生产损失是指扰动事件E(mi,te,di)引起瓶颈机器mk饥饿或堵塞。


4.根据权利要求3所述的一种装配生产线弹性控制系统，其特征在于，弹性控制决策模块运用极大代数的方法计算脆性时间窗口，包括极大加法，其公式为：



还包括极大乘法，其公式为：



另外，引入参数ε和参数e，参数ε相当于-∞；参数e相当于0，则有公式：






其中，公式(1)、(2)、(3)和(4)中的a表示为一个数值，b表示为一个数值；
首先，弹性控制决策模块运用极大代数对装配生产线模型建立状态方程式，并且考虑装配生产线扰动事件...

【专利技术属性】
技术研发人员：张定，邓彦锋，刘强，裴瑜，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44