一種考慮綜合生產(chǎn)因素的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明為了解決重構(gòu)過程中考慮加工時間、批量的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族構(gòu)建問題，提出一種考慮綜合生產(chǎn)因素的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族的構(gòu)建方法。步驟一、獲得功能序列和加工批量序列；步驟二、獲得加工時間序列；步驟三、構(gòu)成一個時間、批量綜合序列(TQa/TQb)；步驟四、求解最長公共子序列LCS，以及對應(yīng)的綜合序列子序列；步驟五、求解最短混合工藝路線，以及對應(yīng)綜合混合序列；步驟六、分析利用SCS加工訂單零件時產(chǎn)生的閑置機床和需要繞過的閑置機床情況，進行相關(guān)計算；步驟七、求解修正系數(shù)，并求解兩個工藝路線的相似系數(shù)，通過兩兩相互比較，得出最終的相似矩陣(S)；步驟八、采用分層聚類算法構(gòu)建出最終的零件族。
【專利說明】一種考慮綜合生產(chǎn)因素的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于先進制造【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種考慮綜合生產(chǎn)因素的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球化的進程，加劇了制造行業(yè)的競爭，而產(chǎn)品種類的不斷增多、市場需求的大幅度波動、技術(shù)的不斷更新?lián)Q代、產(chǎn)品周期的不斷縮小，使得傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足快速響應(yīng)、柔性生產(chǎn)、高效益等生產(chǎn)目標(biāo)。全球化的競爭使得新產(chǎn)品的推出窗口越來越小，消費者的苛刻要求，迫使企業(yè)想方設(shè)法以低成本生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品來獲取競爭優(yōu)勢。而可重構(gòu)制造系統(tǒng)(Reconfigurable Manufacturing System, RMS)可以根據(jù)客戶要求提供精確的功能和能力需求，逐漸成為了研究的熱點。
[0003]RMS是一個以零件族為中心，通過調(diào)整系統(tǒng)中的軟硬件來對市場的變化做出快速反應(yīng)的系統(tǒng)，所以零件族的構(gòu)建成為了 RMS的關(guān)鍵點之一。如何根據(jù)客戶提出的生產(chǎn)要求，合理、高效構(gòu)建零件族就是本專利解決的問題。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中零件族構(gòu)建有兩個分支，其一是采用矩陣表示法，即構(gòu)造一個機床-零件關(guān)聯(lián)矩陣，并采用集群算法尋找機床和零件集群，但是在實際應(yīng)用時容易出現(xiàn)局部可分群，導(dǎo)致錯誤的分群；為了彌補這些不足，提出了相似性系數(shù)法，但是由于是以機床-零件關(guān)聯(lián)矩陣為基礎(chǔ)，存在無法識別瓶頸機床等問題[7]。同時有部分學(xué)者開始研究基于工藝路線的相似性系數(shù),并逐漸成為研究的主流。
[0005]目前已經(jīng)存在基于工藝路線的相似性系數(shù)算法存在著如下問題:
[0006](I)單純分析工藝路線中的機床(即功能因素)，而沒有考慮到機床加工的先后順序。
[0007](2)有部分研究采用工藝路線的相異性間接構(gòu)建零件族，存在著不可預(yù)知的誤差。
[0008](3)未考慮合并工藝路線后產(chǎn)生的閑置機床和部分需要繞過的閑置機床。
[0009](4)大部分的研究未將加工批量、加工時間等因素考慮到相似性算法中。
[0010](5)部分算法過于冗長，不便理解，且效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明為了解決重構(gòu)過程中考慮加工時間、批量的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族構(gòu)建問題，提出一種考慮綜合生產(chǎn)因素的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族的構(gòu)建方法。
[0012]本發(fā)明方法是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0013]一種考慮綜合生產(chǎn)因素的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族的構(gòu)建方法，包括以下步驟:
[0014]步驟一、根據(jù)訂單獲得未分組零件的工藝路線和批量信息，即獲得功能序列(Pa/Pb)和加工批量序列(Qa/Qb)；
[0015]步驟二、根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)條件，分析利用現(xiàn)有機床加工訂單中零件需要的時間，即工藝路線上每一臺機床的加工時間，獲得加工時間序列(Ta/Tb)；[0016]步驟三、通過加工批量序列和加工時間序列的各個元素相乘，構(gòu)成一個時間、批量綜合序列(TQa/TQb)；
[0017]步驟四、根據(jù)功能序列采用動態(tài)規(guī)劃法求解最長公共子序列LCS，以及對應(yīng)的綜合序列子序列(TQixsVTQixsb)；
[0018]步驟五、求解最短混合工藝路線SCS，以及對應(yīng)綜合混合序列(TQSCSab)；
[0019]步驟六、分析利用SCS加工訂單零件時產(chǎn)生的閑置機床和需要繞過的閑置機床情況，進行相關(guān)計算；
[0020]步驟七、求解修正系數(shù)λ，并求解兩個工藝路線的相似系數(shù)(TQSab)，通過兩兩相互比較，得出最終的相似矩陣⑶；
[0021]步驟八、采用分層聚類算法構(gòu)建出最終的零件族。
[0022]自此，就實現(xiàn)了可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族的構(gòu)建過程。
[0023]本發(fā)明的有益效果:
[0024]1、考慮最長公共子序列、最短混合工藝路線、加工時間、加工批量，盡可能根據(jù)生產(chǎn)實際進行來對零件進行分組，從而為系統(tǒng)的重構(gòu)提供正確的輸入，為構(gòu)建有效的重構(gòu)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。
[0025]2、以最長公共子序列為核心的相似性系數(shù)，直接求解工藝路線的相似度，且考慮機床的先后順序，算法直觀、簡潔，并且又不失正確性，具有很強的適用性。
[0026]3、以相似性系數(shù)矩陣為輸入，再利用分層聚類算法進行聚類，構(gòu)建零件族，具有較高的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明考慮綜合生產(chǎn)因素的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族的構(gòu)建方法流程圖?！揪唧w實施方式】
[0028]RMS零件族構(gòu)建的本質(zhì)是分析兩個零件的工藝路線的相似性，如果零件間的工藝路線越接近，那么它們就越相似，劃分為同一個零件族的概率就越高。所以，零件族構(gòu)建的關(guān)鍵就是求解工藝路線的相似度。早期，在求解工藝路線的相似度時通常是尋求工藝路線元素的相似度，即具有相同的機床就是相似的。近年來，研究人員更多地關(guān)注工藝路線間是否存在公共子序列，并以最長公共子序列(LCS)為核心來評價工藝路線的相似度。另外，重構(gòu)后的制造單元的資源利用率對于單元性能的評價具有舉足輕重的作用，所以將工藝路線合并后產(chǎn)生的閑置機床數(shù)量和繞過動作數(shù)量成為重要影響因素，并衍生出對最短混合工藝路線的研究(SCS)。
[0029]通過相似性系數(shù)法求解出相似矩陣后，需要利用聚類算法來形成零件族，關(guān)于聚類算法的研究已經(jīng)比較成熟，通常采用分層聚類方法，既簡單又有效。
[0030]一、最長公共子序列(LCS)
[0031]在計算兩個零件的工藝路線的相似性系數(shù)之前，需要先求解出工藝路線間的最長公共子序列(LCS)，即兩個工藝路線中具有相同的先后關(guān)系的機床數(shù)量的最大值。所謂的子序列就是從原序列中刪除零個或者更多的元素，并且保持原來的先后順序的序列。而最長公共子序列就是所有子序列中最長的那一個。舉例來說，有兩個工藝路線A = {a d c b}、B= {f dechb}, {db}是序列A和序列B的一個公共子序列，但不是最長公共子序列。序列A和序列B的最長公共子序列是{deb}。
[0032]最長公共子序列本質(zhì)上是編輯距離的特例。所謂編輯距離是將一個序列轉(zhuǎn)化成另一個序列進行的最少的替代、刪除、插入操作數(shù)。將插入、刪除的權(quán)重和置為1，并刪除替代的權(quán)重，就可以得到最長公共子序列。
[0033]二、最短混合工藝路線(SCS)
[0034]混合工藝路線(the Composite Supersequence, CS)是以最長公共子序列為基礎(chǔ)，按照兩個工藝路線中機床原有的先后順序，通過在LCS前后、中間添加兩個工藝路線中的非公共元素獲得的新工藝路線，而最短混合工藝路線(the Shortest CompositeSupersequence, SCS)是混合工藝路線中最短的那一條，由于在添加兩個原始工藝路線中的非公共元素時，來自兩個原始工藝路線的元素具有相同的優(yōu)先級，所以構(gòu)成的混合工藝路線不唯一，即最短混合工藝路線可能有多種結(jié)果。最短混合工藝路線的特點是包含的閑置機床最少，且需要繞過的閑置機床的數(shù)量最少。所以，最短混合工藝路線是重構(gòu)單元的雛形。
[0035]三、相似性系數(shù)(TQSab)的求解
[0036]以最長公共子序列(LCSab)為中心，通過添加工序Pa，Pb中非公共元素來構(gòu)造最短混合工序，由于工序Pa，Pb中位最長公共子序列前后的元素的添加情況會影響繞過機床數(shù)量，考慮到最短混合工序的構(gòu)造目的是閑置和繞過的機床的時間與批量乘積的和最小，所以在最長公共子序列之前添加元素時，工序Pa，Pb中非公共元素對應(yīng)的tqa，tqb的和大的添加在最前面，同樣地，在在最長公共子序列之后添加元素時，工序Pa，Pb中非公共元素對應(yīng)的tqa，tqb的和大的添加在最后面；另外，由于在最長公共子序列中間添加非公共元素時對最終目的沒有影響(中間的非公共元素必然繞過和閑置)，所以這部分的添加具有任意性。
[0037]利用構(gòu)造的最短混合工序進行工件a和工件b的生產(chǎn)時，需要繞過的機床對應(yīng)的參數(shù)(時間與批量的乘積)由公式(I)所示
[0038]TQBPMab = TQBPMa+TQBPMb (I)
[0039]其中
[0040]TQBPMa = TQBLa+TQILa+TQALa (2)
[0041]TQBPMb = TQBLb+TQILb+TQALb (3)
[0042]利用構(gòu)造的最短混合工序進彳了工件a和工件b的生廣時，廣生的閑直機床對應(yīng)的參數(shù)(時間與批量的乘積)由公式(4)所示
[0043]TQIMab = TQIMa+TQIMb (4)
[0044]其中
[0045]TQIMa = TQPb-TQLCSb+ (TQLCSb-TQLCSa) (5)
[0046]TQIMb = TQPa-TQLCSa+ (TQLCSa-TQLCSb) (6)
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種考慮綜合生產(chǎn)因素的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族的構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、根據(jù)訂單獲得未分組零件的工藝路線和批量信息，即獲得功能序列(pa/pb)和加工批量序列(Qa/Qb)； 步驟二、根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)條件，分析利用現(xiàn)有機床加工訂單中零件需要的時間，即工藝路線上每一臺機床的加工時間，獲得加工時間序列(Ta/Tb)； 步驟三、通過加工批量序列和加工時間序列的各個元素相乘，構(gòu)成一個時間、批量綜合序列(TQa/TQb)； 步驟四、根據(jù)功能序列采用動態(tài)規(guī)劃法求解最長公共子序列LCS，以及對應(yīng)的綜合序列子序列(TQixsVTQixsb)； 步驟五、求解最短混合工藝路線SCS，以及對應(yīng)綜合混合序列(TQSCSab)； 步驟六、分析利用SCS加工訂單零件時產(chǎn)生的閑置機床和需要繞過的閑置機床情況，進行相關(guān)計算； 步驟七、求解修正系數(shù)λ，并求解兩個工藝路線的相似系數(shù)(TQSab),通過兩兩相互比較，得出最終的相似矩陣(S)； 步驟八、采用分層聚類算法構(gòu)建出最終的零件族。
2.如權(quán)利要求1所述的一種考慮綜合生產(chǎn)因素的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族的構(gòu)建方法，其特征在于，其中相似系數(shù)TQSab還增加考慮操作時間，即安裝、裝夾、加工等時間之和，以及加工批量這兩個因素。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種考慮綜合生產(chǎn)因素的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族的構(gòu)建方法，其特征在于，其中TQSab的取值范圍為:0 ( TQSab ( I。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種考慮綜合生產(chǎn)因素的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族的構(gòu)建方法，其特征在于，其中分層聚類算法采用平均距離聚類法。
【文檔編號】G06F19/00GK103995978SQ201410239089
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】王國新, 黃思翰, 閻艷, 杜景軍, 王孟超 申請人:北京理工大學(xué)