具有加工质量问题生产线的暂态性能分析方法技术

本发明专利技术公开的具有加工质量问题机器生产线的暂态性能分析，属于生产系统工程领域。本发明专利技术实现方法为：对具有不可靠机器及有限缓冲区的系统建模，包括工作不可靠机器和质量不可靠机器，并定义七个暂态性能指标；通过马尔可夫分析方法对最小子系统进行精确的暂态性能分析；通过多机近似聚合算法，对复杂的多机系统且仅包含末尾一台检测机器进行简化，同时能够高精度的预测系统的暂态性能；通过将原始生产线分解为若干条子生产线，再利用近似聚合算法，对复杂的多机系统且包含多台检测机器进行简化，从而实现了对此类生产线暂态性能预测。所述暂态性能包括生产率、废品率、消耗率、在制品库存水平、饥饿率、阻塞率、完工时间。完工时间。完工时间。

【技术实现步骤摘要】
具有加工质量问题生产线的暂态性能分析方法


[0001]本专利技术属于生产系统工程领域，尤其涉及一种具有加工质量问题机器生产线的暂态性能 分析方法的研究。

技术介绍

[0002]产品质量问题一直存在于生产系统的各种加工环节。例如，汽车喷漆车间的灰尘污染，夹 持装置定位不准导致的磨损和汽车冲压厂的钣金涂油不均等加工过程出现的质量问题。这类 具有质量问题的缺陷产品往往可以通过各种检测手段被及时识别出，被筛出的产品有时被当 作废品，或者在下一轮生产周期再次加工。目前，对于具有质量问题的生产系统，主要研究 其在稳态运行下的性能。但是，在基于定制化订单式生产的模式下，系统主要运行在暂态下。 因此，对该类生产系统的暂态性能分析和预测十分重要。对于本专利技术所研究的具有加工质量 问题机器生产线的暂态性能分析方法，相关研究很少。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种具有加工质量问题机器生产线的暂态性能分析方法。该方法是 通过建立伯努利机器模型，利用马尔可夫分析方法和近似聚合算法，计算系统的暂态性能。 在该模型的基础上，对具有加工质量问题生产线的实时性能定义了七个性能指标并进行分析 预测。采用伯努利模型将系统建立为具有不可靠机器的串行生产线，其中的不可靠体现在两 个方面：工作不可靠和加工质量不可靠。通过马尔可夫分析方法，对系统的最小单元(子系 统)进行了性能指标的预测分析，对于大型生产系统，通过近似聚合的算法将其聚合为最小 单元(子系统)再计算其实时性能，可以得到较为精确的性能预测。
[0004]本专利技术是通过下述技术方案实现的。
[0005]本专利技术公开的具有加工质量问题机器生产线的暂态性能分析方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1：对具有加工质量问题机器生产线的暂态性能分析方法进行系统建模。该系统由 多台服从伯努利分布的不可靠机器和级间缓冲区依次串联而成的串行生产线，不可靠机器主 要体现在工作不可靠和加工质量不可靠。建模主要包括：确定该系统的参数、生产状态和生 产顺序。上述的系统参数包括机器数(加工质量问题机器，无加工质量问题机器和质量检测 机器)、伯努利机器可靠性模型参数、有限缓冲区参数、加工产品参数和系统加工周期；生产 状态包括伯努利机器的饥饿状态、伯努利机器的阻塞状态；生产顺序按照给定加工产品顺序 依次生产。
[0007]步骤2：基于该生产系统模型定义实时生产率、废品率、消耗率、在制品库存水平、饥饿 率、阻塞率和完工时间，这七个暂态性能指标。
[0008]步骤3：对于最小单元(子系统)建立马尔可夫链，求得状态转移矩阵，从而推导性能指 标的解析公式。
[0009]步骤4：对于多机生产线且只有最后一台机器是检测机器，通过近似聚合算法，将
其聚合 为一个实时的最小单元(子系统)，从而求得实时性能。
[0010]步骤5：对于多机生产线且有多台机器是质量检测机器，通过将多机生产线分解为步骤 4中所提到的单检测机器生产线，再进行聚合分析。
[0011]步骤1实现方法为：
[0012]步骤1.1：确定该系统的参数。
[0013]上述系统是一条串行生产线包含不同种类的机器。具体来说，该生产线包含M台服从伯 努利分布的机器和M
‑
1个缓冲区，每台伯努利机器由m
i
(i＝1,2,...,M)表示，对于无加工质量 问题机器的集合为I
nq
，对于有加工质量问题机器的集合为I
q
，对于质量检测机器的集合为 I
insp
，对应的机器工作效率为p
i
(i＝1,2,...,M)，其中有加工质量问题机器的加工质量效率为 g
i
,i∈I
q
。缓冲区由b
i
(i＝1,2,...,M
‑
1)表示，对应的缓冲区的容量为N
i
(i＝1,2,...,M
‑
1)。总共 需要完成B个质量无缺陷工件的生产。
[0014]步骤1.2：伯努利机器可靠性模型参数。
[0015]所有机器均服从伯努利可靠性模型，即伯努利机器m
i
(i＝1,2,...,M)，在生产订单量为B 的无缺陷产品时，处于正常的工作状态，既不阻塞也不饥饿，此时，该机器在一个加工周期 生产一个工件的概率为p
i
,p
i
∈(0,1)，反之，在一个周期内未能生产一个工件的概率为1
‑
p
i
。 参数p
i
被定义为伯努利机器的工作效率。此外，对于有加工质量问题机器m
i
,i∈I
q
，机器在当 前加工周期处于工作的状态下，该类机器在此加工周期生产一个质量完好工件的概率为 g
i
,g
i
∈(0,1)，反之，在该周期内，生产一个有缺陷的工件的概率为1
‑
g
i
。参数g
i
,i∈I
q
被定 义为具有加工质量问题机器的质量效率。
[0016]步骤1.3：确定系统加工周期。
[0017]确定时不变加工周期τ，所有机器在一个加工周期内完成一项操作，以该加工周期为单 位对整个生产过程进行分段，初始时刻为0，进入生产状态后，以1为单位时间，所有机器在 一个该单位时间内实现一个加工周期的操作。
[0018]步骤1.4：确定伯努利机器状态。
[0019]饥饿状态：在一个加工周期开始，若伯努利机器m
i
(i＝1,2,...,M)上一个缓冲区 b
i
(i＝1,2,...,M
‑
1)在前一个加工周期结束时容量为空且机器处于工作状态，则该伯努利机器 在所述加工周期处于饥饿状态。第一台机器m1不会处于饥饿状态。
[0020]阻塞状态：在一个加工周期开始，若伯努利机器m
i
(i＝1,2,...,M)下一个缓冲区 b
i
(i＝1,2,...,M
‑
1)在前一个加工周期结束时容量达到最大N
i
(i＝1,2,...,M
‑
1)，且下一台伯努 利机器m
i
(i＝1,2,...,M)未能生产一个工件，机器处于工作状态，则该伯努利机器在所述加工 周期处于阻塞状态。最后一台机器m
M
不会处于阻塞状态。
[0021]步骤1.5：确定生产状态。
[0022]当系统完成B个质量完好工件的生产，则系统停止运行。
[0023]步骤2实现方法为：
[0024]步骤2.1：定义生产率(PR(n))。
[0025]在第n个加工周期里，生产线上最后一台机器，通常为检测机器m
M
成功加工一个质量无 缺陷工件的期望。
[0026]步骤2.2：定义废品率(SR
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有加工质量问题机器生产线的暂态性能分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：对具有加工质量问题机器生产线的暂态性能分析方法进行系统建模。该系统由多台服从伯努利分布的不可靠机器和级间缓冲区依次串联而成的串行生产线，不可靠机器主要体现在工作不可靠和加工质量不可靠。建模主要包括：确定该系统的参数、生产状态和生产顺序。上述的系统参数包括机器数(加工质量问题机器，无加工质量问题机器和质量检测机器)、伯努利机器可靠性模型参数、有限缓冲区参数、加工产品参数和系统加工周期；生产状态包括伯努利机器的饥饿状态、伯努利机器的阻塞状态；生产顺序按照给定加工产品顺序依次生产。步骤2：基于该生产系统模型定义实时生产率、废品率、消耗率、在制品库存水平、饥饿率、阻塞率和完工时间，这七个暂态性能指标。步骤3：对于最小单元(子系统)建立马尔可夫链，求得状态转移矩阵，从而推导性能指标的解析公式。步骤4：对于多机生产线且只有最后一台机器是检测机器，通过近似聚合算法，将其聚合为一个实时的最小单元(子系统)，从而求得实时性能。步骤5：对于多机生产线且有多台机器是质量检测机器，通过将多机生产线分解为步骤4中所提到的单检测机器生产线，再进行聚合分析。2.如权利要求1所述的具有加工质量问题机器生产线的暂态性能分析方法，其特征是步骤1实现方法，具体为：步骤1.1：确定该系统的参数。上述系统是一条串行生产线包含不同种类的机器。具体来说，该生产线包含M台服从伯努利分布的机器和M
‑
1个缓冲区，每台伯努利机器由m
i
(i＝1,2,...,M)表示，对于无加工质量问题机器的集合为I
nq
，对于有加工质量问题机器的集合为I
q
，对于质量检测机器的集合为I
insp
，对应的机器工作效率为p
i
(i＝1,2,...,M)，其中有加工质量问题机器的加工质量效率为g
i
,i∈I
q
。缓冲区由b
i
(i＝1,2,...,M
‑
1)表示，对应的缓冲区的容量为N
i
(i＝1,2,...,M
‑
1)。总共需要完成B个质量无缺陷工件的生产。步骤1.2：伯努利机器可靠性模型参数。所有机器均服从伯努利可靠性模型，即伯努利机器m
i
(i＝1,2,...,M)，在生产订单量为B的无缺陷产品时，处于正常的工作状态，既不阻塞也不饥饿，此时，该机器在一个加工周期生产一个工件的概率为p
i
,p
i
∈(0,1)，反之，在一个周期内未能生产一个工件的概率为1
‑
p
i
。参数p
i
被定义为伯努利机器的工作效率。此外，对于有加工质量问题机器m
i
,i∈I
q
，机器在当前加工周期处于工作的状态下，该类机器在此加工周期生产一个质量完好工件的概率为g
i
,g
i
∈(0,1)，反之，在该周期内，生产一个有缺陷的工件的概率为1
‑
g
i
。参数g
i
,i∈I
q
被定义为具有加工质量问题机器的质量效率。步骤1.3：确定系统加工周期。确定时不变加工周期τ，所有机器在一个加工周期内完成一项操作，以该加工周期为单位对整个生产过程进行分段，初始时刻为0，进入生产状态后，以1为单位时间，所有机器在一个该单位时间内实现一个加工周期的操作。步骤1.4：确定伯努利机器状态。饥饿状态：在一个加工周期开始，若伯努利机器m
i
(i＝1,2,...,M)上一个缓冲区b
i
(i＝
1,2,...,M
‑
1)在前一个加工周期结束时容量为空且机器处于工作状态，则该伯努利机器在所述加工周期处于饥饿状态。第一台机器m1不会处于饥饿状态。阻塞状态：在一个加工周期开始，若伯努利机器m
i
(i＝1,2,...,M)下一个缓冲区b
i
(i＝1,2,...,M
‑
1)在前一个加工周期结束时容量达到最大N
i
(i＝1,2,...,M
‑
1)，且下一台伯努利机器m
i
(i＝1,2,...,M)未能生产一个工件，机器处于工作状态，则该伯努利机器在所述加工周期处于阻塞状态。最后一台机器m
M
不会处于阻塞状态。步骤1.5：确定生产状态。当系统完成B个质量完好工件的生产，则系统停止运行。3.如权利要求1所述的具有加工质量问题机器生产线的暂态性能分析方法，其特征是步骤2实现方法，具体为：步骤2.1：定义生产率(PR(n))。在第n个加工周期里，生产线上最后一台机器，通常为检测机器m
M
成功加工一个质量无缺陷工件的期望。步骤2.2：定义废品率(SR
i
(n))。在第n个加工周期里，生产线上的检测机器m
i
,i∈I
insp
成功剔除一个有缺陷工件的产品的期望。步骤2.3：定义消耗率(CR(n))。在第n个加工周期里，生产线上的第一台机器m1成功加工一个工件的期望。步骤2.4：定义在制品库存水平(WIP
i
(n))。在第n个加工周期里，留存于生产线上的正在加工的产品个数的期望，即每个缓冲区b
i
(i＝1,2,...,M
‑
1)中正在加工的产品个数的期望。步骤2.5：定义饥饿率(ST
i

【专利技术属性】
技术研发人员：贾之阳，马驰野，倪泽军，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：