多階段混聯(lián)生產(chǎn)線分布式協(xié)同決策控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及產(chǎn)品制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多階段混聯(lián)生產(chǎn)線分布式協(xié)同決策 控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 生產(chǎn)線布局主要包括各功能段之間的關(guān)聯(lián)方式、各段內(nèi)子線之間的關(guān)聯(lián)方式、各 子線內(nèi)部的工位排布方式等。制造加工領(lǐng)域中，生產(chǎn)系統(tǒng)中的生產(chǎn)線、工位、工序等有幾種 常見(jiàn)的布局方式，如在大規(guī)模制造流水線布局方式中，每個(gè)工位對(duì)應(yīng)一個(gè)操作較為簡(jiǎn)單的 工序，工位與工位之間通過(guò)串聯(lián)的方式布局成一條生產(chǎn)線；在單元式布局方式中，生產(chǎn)線上 的工位數(shù)較少，每個(gè)工位對(duì)應(yīng)多個(gè)工序，工位與工位、生產(chǎn)線和生產(chǎn)線之間存在相互協(xié)調(diào)的 關(guān)系。
[0003] 生產(chǎn)要素布置方法是在組織方式確定的條件下，通過(guò)生產(chǎn)線平衡等規(guī)劃方法，以 產(chǎn)量、成本、生產(chǎn)時(shí)間等為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)人員、工序、設(shè)備等進(jìn)行布置安排。
[0004] 生產(chǎn)線平衡的主要方法是將人員、工序、設(shè)備按照產(chǎn)品確定的生產(chǎn)周期進(jìn)行組織， 使流水線上每個(gè)工位的操作時(shí)間盡量一致，以期降低生產(chǎn)線的節(jié)拍。
[0005] 生產(chǎn)線的節(jié)拍是指連續(xù)完成相同的兩個(gè)產(chǎn)品之間的間隔時(shí)間，通常把一個(gè)流程中 生產(chǎn)節(jié)拍最慢的工位叫做瓶頸工位。生產(chǎn)線的產(chǎn)能與生產(chǎn)節(jié)拍直接相關(guān)，而生產(chǎn)節(jié)拍受制 于瓶頸工位的時(shí)間。生產(chǎn)線平衡規(guī)劃即是將生產(chǎn)的全部工序分配到工位中去，調(diào)整各工位 的操作時(shí)間使其盡可能相近，降低生產(chǎn)節(jié)拍、提高產(chǎn)能。
[0006] 在勞動(dòng)密集型生產(chǎn)系統(tǒng)中，工藝的實(shí)際執(zhí)行由人而非設(shè)備完成，節(jié)拍波動(dòng)范圍大 且沒(méi)有規(guī)律，任一工位隨時(shí)都可能會(huì)變成瓶頸工位，且持續(xù)時(shí)間不定。對(duì)于傳統(tǒng)流水線，當(dāng) 某工位A變?yōu)槠款i工位時(shí)，A之前的在制品會(huì)逐漸堵塞，直到A的上游生產(chǎn)完全停止，等待A 完成工作；而A之后的在制品會(huì)逐漸變少，直到A的下游生廣線完全空閑，等待上游的在制 品流下來(lái)加工。
[0007] 將傳統(tǒng)流水線分段并聯(lián)，出現(xiàn)堵塞時(shí)可以迅速分流到其他線體繼續(xù)加工，能夠有 效提升生產(chǎn)效率，具體分段并聯(lián)的布局設(shè)計(jì)方式參見(jiàn)參考文獻(xiàn)1 (趙勇，潘曉勇，李春川，生 產(chǎn)線布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[發(fā)明]，【申請(qǐng)?zhí)枴?01210559252. 9)。目前的問(wèn)題在于，線體并聯(lián) 后，在制品在功能段之間面臨多條線體，如何使在制品流向正確的線體，才能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)效 率最尚是急需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 【要解決的技術(shù)問(wèn)題】
[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種多階段混聯(lián)生產(chǎn)線分布式協(xié)同決策控制系統(tǒng)及方法，以 解決如何在每?jī)蓚€(gè)功能段之間尋找到合適的產(chǎn)品上線位置，從而使得整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的效率 達(dá)到最優(yōu)的問(wèn)題。
[0010] 【技術(shù)方案】
[0011] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0012] 本發(fā)明首先涉及一種多階段混聯(lián)生產(chǎn)線分布式協(xié)同決策控制系統(tǒng)，包括上線決策 模塊、下線決策模塊和主控模塊，
[0013] 所述上線決策模塊被配置成：計(jì)算各個(gè)未阻塞的生產(chǎn)線的混線率、負(fù)載均衡值和 UPH(Units Per Hour，每小時(shí)件數(shù)）值，根據(jù)下列決策函數(shù)計(jì)算得到各個(gè)生產(chǎn)線的決策指標(biāo) index^indexf (C混線率i：i，）a(C負(fù)載均衡,，其中α，β，γ為隨機(jī)數(shù)，i為生產(chǎn)線 編號(hào)，^線率^、（:鋪均心，、CUPHil，分別為第i個(gè)生產(chǎn)線的混線率的歸一化值、負(fù)載均衡值的 歸一化值和UPH值的歸一化值，最后選擇決策指標(biāo)最大的生產(chǎn)線作為上線決策結(jié)果；
[0014] 所述下線決策模塊被配置成：初始化最近截止時(shí)間并選擇一個(gè)需要下線的生產(chǎn) 線的隊(duì)首產(chǎn)品，判斷該產(chǎn)品的剩余生產(chǎn)時(shí)間是否小于等于小車(chē)的單次最大運(yùn)行時(shí)間以及判 斷該產(chǎn)品的生產(chǎn)截止時(shí)間是否小于最近截止時(shí)間，如果兩個(gè)條件都滿足則設(shè)置當(dāng)前生產(chǎn)線 為最優(yōu)生產(chǎn)線并設(shè)置當(dāng)前的生產(chǎn)截止時(shí)間為最近截止時(shí)間，反之則選擇其他生產(chǎn)線進(jìn)行遍 歷；
[0015] 所述主控模塊被配置成：收集所有生產(chǎn)段的生產(chǎn)信息，對(duì)每一個(gè)決策點(diǎn)的決策函 數(shù)中的參數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，使得決策函數(shù)的決策值變大，所述生產(chǎn)信息包括每一個(gè)生產(chǎn)段中 的每一個(gè)生產(chǎn)線的混線率、負(fù)載均衡值和UPH值，所述決策點(diǎn)設(shè)置在每?jī)蓚€(gè)生產(chǎn)段之間。
[0016] 作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述混線率為生產(chǎn)線上所包含產(chǎn)品的型號(hào)數(shù)的倒數(shù)：
[0017] 作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述負(fù)載均衡值通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：
其中，μ為所有生產(chǎn)線上產(chǎn)品數(shù)量的均值。
[0018] 作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述UPH為一段時(shí)間內(nèi)在一個(gè)生產(chǎn)線的下線產(chǎn)品數(shù) 量加一。
[0019] 作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述生產(chǎn)段包括預(yù)裝段、箱發(fā)段、分型段、總裝段、測(cè) 試段、清洗段。
[0020] 本發(fā)明還涉及一種多階段混聯(lián)生產(chǎn)線分布式協(xié)同決策控制方法，包括上線決策、 下線決策和總體決策，
[0021] 所述上線決策包括步驟：
[0022] Α1 :初始化各生產(chǎn)線的混線率值、負(fù)載均衡值和UPH值；
[0023] Β1 :計(jì)算所有生產(chǎn)線上產(chǎn)品數(shù)量的均值；
[0024] C1 :選擇一個(gè)生產(chǎn)線；
[0025] D1 :判斷生產(chǎn)線是否阻塞，如果未堵塞則計(jì)算該生產(chǎn)線的混線率、負(fù)載均衡值和 UPH值，計(jì)算完后執(zhí)行步驟Ε1，如果堵塞則直接執(zhí)行步驟Ε1 ;
[0026] Ε1 :判斷是否遍歷完所有的生產(chǎn)線，如果否則返回步驟C1，如果是則執(zhí)行步驟F1 ;
[0027] F1 :根據(jù)下列決策函數(shù)計(jì)算得到各個(gè)生產(chǎn)線的決策指標(biāo)index1:
[0028] indeXl= (C混線率) a (C負(fù)載均衡,r ) e (CUPHil，）γ，其中a，β，γ為隨機(jī)數(shù)，i為生產(chǎn) 線編號(hào)，、CUPHil，分別為第i個(gè)生產(chǎn)線的混線率的歸一化值、負(fù)載均衡值 的歸一化值和UPH值的歸一化值；
[0029] G1 :選擇決策指標(biāo)最大的生產(chǎn)線作為上線決策結(jié)果，
[0030] 所述下線決策包括步驟：
[0031] A2 :初始化最近截止時(shí)間；
[0032] B2 :選擇一個(gè)需要下線的生產(chǎn)線的隊(duì)首產(chǎn)品；
[0033] C2:判斷該產(chǎn)品的剩余生產(chǎn)時(shí)間是否小于等于小車(chē)的單次最大運(yùn)行時(shí)間，如果是 則執(zhí)行步驟D2,反之則執(zhí)行步驟E2 ;
[0034] D2:判斷該產(chǎn)品的生產(chǎn)截止時(shí)間是否小于最近截止時(shí)間，如果是則設(shè)置當(dāng)前生產(chǎn) 線為最優(yōu)生產(chǎn)線并設(shè)置當(dāng)前的生產(chǎn)截止時(shí)間為最近截止時(shí)間，執(zhí)行步驟E2,如果否則直接 執(zhí)行步驟E2 ;
[0035] E2 :判斷是否遍歷完所有的生產(chǎn)線，如果是則結(jié)束下線決策，反之則返回步驟B2，
[0036] 所述總體決策包括：收集所有生產(chǎn)段的生產(chǎn)信息，對(duì)每一個(gè)決策點(diǎn)的決策函數(shù)中 的參數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，使得決策函數(shù)的決策值變大，所述生產(chǎn)信息包括每一個(gè)生產(chǎn)段中的每 一個(gè)生產(chǎn)線的混線率、負(fù)載均衡和UPH，所述決策點(diǎn)設(shè)置在每?jī)蓚€(gè)生產(chǎn)段之間。
[0037] 作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述混線率為生產(chǎn)線上所包含產(chǎn)品的型號(hào)數(shù)的倒數(shù)：
[0038] 作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述負(fù)載均衡值通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：
，其中，μ為所有生產(chǎn)線上產(chǎn)品數(shù)量的均值。
[0039] 作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述UPH值為一段時(shí)間內(nèi)在一個(gè)生產(chǎn)線的下線產(chǎn)品 數(shù)量加一。
[0040] 作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述生產(chǎn)段包括預(yù)裝段、箱發(fā)段、分型段、總裝段、測(cè) 試段、清洗段。
[0041] 【有益效果】
[0042] 本發(fā)明提出的技術(shù)方案具有以下有益效果：
[0043] 本發(fā)明通過(guò)決策函數(shù)對(duì)產(chǎn)品的上線和下線進(jìn)行決策，并綜合所有生產(chǎn)段的信息， 對(duì)決策函數(shù)中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使得整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的效率達(dá)到最優(yōu)。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】 進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0045] 實(shí)施例一
[0046] 實(shí)施例一提供一種多階段混聯(lián)生產(chǎn)線分布式協(xié)同決策控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上線 決策模塊、下線決策模塊和主控模塊。本實(shí)施例中的生產(chǎn)段包括預(yù)裝段、箱發(fā)段、分型段、總 裝段、測(cè)試段、清洗段。
[0047] (一）上線決策模塊
[0048] 上線決策模塊被配置成：計(jì)算各個(gè)未阻塞的生產(chǎn)線的混線率、負(fù)載均衡值和UPH 值，根據(jù)下列決策函數(shù)計(jì)算得到各個(gè)生產(chǎn)線的決策指標(biāo)indexi:index ;= (C ）α (C負(fù)載 均衡乂"⑴咖:^^其中^^丫為隨機(jī)數(shù)^為生廣線編號(hào)^混線率^^負(fù)載均衡^^^^'分 別為第i個(gè)生產(chǎn)線的混線率的歸一化值、負(fù)載均衡值的歸一化值和UPH值的歸一化值，最后 選擇決策指標(biāo)最大的生產(chǎn)線作為上線決策結(jié)果。
[0049] 下面對(duì)上線決策模塊進(jìn)行說(shuō)明。
[0050] 在進(jìn)行上線決策時(shí)需要考慮混線率、負(fù)載均衡和UPH這三個(gè)因素。
[0051] 對(duì)于混線率，可以取生產(chǎn)線上所包含型號(hào)數(shù)的倒數(shù)作為其衡量的指標(biāo)，其值是越 大越好。即：
[0053] 對(duì)于負(fù)載均衡值，可以選擇以下式子作為衡量標(biāo)準(zhǔn)：
[0055] 其中，μ為當(dāng)前步驟所有生產(chǎn)線上產(chǎn)品數(shù)的平均值，￥^為生產(chǎn)線上的產(chǎn)品數(shù)。 該標(biāo)準(zhǔn)會(huì)傾向于選擇生產(chǎn)線上產(chǎn)品數(shù)小于平均值的生產(chǎn)線進(jìn)行上線，從而使得各條生產(chǎn)線 的產(chǎn)品數(shù)更為平衡。選擇指數(shù)形式的原因是避免該值為負(fù)數(shù)，在最后的決策函數(shù)中不好處 理，C鋪均衡是越大越好。
[0056] 對(duì)于UPH值，需要統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)在該生產(chǎn)線的