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(guò)程中考慮加工時(shí)間、批量的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族構(gòu)建問(wèn)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(shí)間序列；步驟三、構(gòu)成一個(gè)時(shí)間、批量綜合序列(TQa/TQb)；步驟四、求解最長(zhǎng)公共子序列LCS，以及對(duì)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(duì)應(yīng)綜合混合序列；步驟六、分析利用SCS加工訂單零件時(shí)產(chǎn)生的閑置機(jī)床和需要繞過(guò)的閑置機(jī)床情況，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算；步驟七、求解修正系數(shù)，并求解兩個(gè)工藝路線的相似系數(shù)，通過(guò)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(shuō)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(jìn)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(jìn)程，加劇了制造行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，而產(chǎn)品種類的不斷增多、市場(chǎng)需求的大幅度波動(dòng)、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(wú)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(jìng)爭(zhēng)使得新產(chǎn)品的推出窗口越來(lái)越小，消費(fèi)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(lái)獲取競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。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(diǎn)。
[0003]RMS是一個(gè)以零件族為中心，通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)中的軟硬件來(lái)對(duì)市場(chǎng)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(diǎn)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(wèn)題。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中零件族構(gòu)建有兩個(gè)分支，其一是采用矩陣表示法，即構(gòu)造一個(gè)機(jī)床-零件關(guān)聯(lián)矩陣，并采用集群算法尋找機(jī)床和零件集群，但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)容易出現(xiàn)局部可分群，導(dǎo)致錯(cuò)誤的分群；為了彌補(bǔ)這些不足，提出了相似性系數(shù)法，但是由于是以機(jī)床-零件關(guān)聯(lián)矩陣為基礎(chǔ)，存在無(wú)法識(shí)別瓶頸機(jī)床等問(wèn)題[7]。同時(shí)有部分學(xué)者開(kāi)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(wèn)題:
[0006](I)單純分析工藝路線中的機(jī)床(即功能因素)，而沒(méi)有考慮到機(jī)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(jī)床和部分需要繞過(guò)的閑置機(jī)床。
[0009](4)大部分的研究未將加工批量、加工時(shí)間等因素考慮到相似性算法中。
[0010](5)部分算法過(guò)于冗長(zhǎng)，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(guò)程中考慮加工時(shí)間、批量的可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族構(gòu)建問(wèn)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(guò)下述技術(shù)方案實(shí)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(shí)際生產(chǎn)條件，分析利用現(xiàn)有機(jī)床加工訂單中零件需要的時(shí)間，即工藝路線上每一臺(tái)機(jī)床的加工時(shí)間，獲得加工時(shí)間序列(Ta/Tb)；[0016]步驟三、通過(guò)加工批量序列和加工時(shí)間序列的各個(gè)元素相乘，構(gòu)成一個(gè)時(shí)間、批量綜合序列(TQa/TQb)；
[0017]步驟四、根據(jù)功能序列采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求解最長(zhǎng)公共子序列LCS，以及對(duì)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(duì)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(shí)產(chǎn)生的閑置機(jī)床和需要繞過(guò)的閑置機(jī)床情況，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算；
[0020]步驟七、求解修正系數(shù)λ，并求解兩個(gè)工藝路線的相似系數(shù)(TQSab)，通過(guò)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(shí)現(xiàn)了可重構(gòu)制造系統(tǒng)零件族的構(gòu)建過(guò)程。
[0023]本發(fā)明的有益效果:
[0024]1、考慮最長(zhǎng)公共子序列、最短混合工藝路線、加工時(shí)間、加工批量，盡可能根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行來(lái)對(duì)零件進(jìn)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(zhǎng)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(jī)床的先后順序，算法直觀、簡(jiǎn)潔，并且又不失正確性，具有很強(qiáng)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(jìn)行聚類，構(gòu)建零件族，具有較高的效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)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(shí)施方式】
[0028]RMS零件族構(gòu)建的本質(zhì)是分析兩個(gè)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(gè)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(shí)通常是尋求工藝路線元素的相似度，即具有相同的機(jī)床就是相似的。近年來(lái)，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(zhǎng)公共子序列(LCS)為核心來(lái)評(píng)價(jià)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(duì)于單元性能的評(píng)價(jià)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(jī)床數(shù)量和繞過(guò)動(dòng)作數(shù)量成為重要影響因素，并衍生出對(duì)最短混合工藝路線的研究(SCS)。
[0029]通過(guò)相似性系數(shù)法求解出相似矩陣后，需要利用聚類算法來(lái)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(jiǎn)單又有效。
[0030]一、最長(zhǎng)公共子序列(LCS)
[0031]在計(jì)算兩個(gè)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(zhǎng)公共子序列(LCS)，即兩個(gè)工藝路線中具有相同的先后關(guān)系的機(jī)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(gè)或者更多的元素，并且保持原來(lái)的先后順序的序列。而最長(zhǎng)公共子序列就是所有子序列中最長(zhǎng)的那一個(gè)。舉例來(lái)說(shuō)，有兩個(gè)工藝路線A = {a d c b}、B= {f dechb}, {db}是序列A和序列B的一個(gè)公共子序列，但不是最長(zhǎng)公共子序列。序列A和序列B的最長(zhǎng)公共子序列是{deb}。
[0032]最長(zhǎng)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(gè)序列轉(zhuǎn)化成另一個(gè)序列進(jìn)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(zhǎng)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(zhǎng)公共子序列為基礎(chǔ)，按照兩個(gè)工藝路線中機(jī)床原有的先后順序，通過(guò)在LCS前后、中間添加兩個(gè)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(gè)原始工藝路線中的非公共元素時(shí)，來(lái)自兩個(gè)原始工藝路線的元素具有相同的優(yōu)先級(jí)，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(diǎn)是包含的閑置機(jī)床最少，且需要繞過(guò)的閑置機(jī)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(zhǎng)公共子序列(LCSab)為中心，通過(guò)添加工序Pa，Pb中非公共元素來(lái)構(gòu)造最短混合工序，由于工序Pa，Pb中位最長(zhǎng)公共子序列前后的元素的添加情況會(huì)影響繞過(guò)機(jī)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(guò)的機(jī)床的時(shí)間與批量乘積的和最小，所以在最長(zhǎng)公共子序列之前添加元素時(shí)，工序Pa，Pb中非公共元素對(duì)應(yīng)的tqa，tqb的和大的添加在最前面，同樣地，在在最長(zhǎng)公共子序列之后添加元素時(shí)，工序Pa，Pb中非公共元素對(duì)應(yīng)的tqa，tqb的和大的添加在最后面；另外，由于在最長(zhǎng)公共子序列中間添加非公共元素時(shí)對(duì)最終目的沒(méi)有影響(中間的非公共元素必然繞過(guò)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(jìn)行工件a和工件b的生產(chǎn)時(shí)，需要繞過(guò)的機(jī)床對(duì)應(yīng)的參數(shù)(時(shí)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(jìn)彳了工件a和工件b的生廣時(shí)，廣生的閑直機(jī)床對(duì)應(yīng)的參數(shù)(時(shí)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(shí)際生產(chǎn)條件，分析利用現(xiàn)有機(jī)床加工訂單中零件需要的時(shí)間，即工藝路線上每一臺(tái)機(jī)床的加工時(shí)間，獲得加工時(shí)間序列(Ta/Tb)； 步驟三、通過(guò)加工批量序列和加工時(shí)間序列的各個(gè)元素相乘，構(gòu)成一個(gè)時(shí)間、批量綜合序列(TQa/TQb)； 步驟四、根據(jù)功能序列采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求解最長(zhǎng)公共子序列LCS，以及對(duì)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(duì)應(yīng)綜合混合序列(TQSCSab)； 步驟六、分析利用SCS加工訂單零件時(shí)產(chǎn)生的閑置機(jī)床和需要繞過(guò)的閑置機(jī)床情況，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算； 步驟七、求解修正系數(shù)λ，并求解兩個(gè)工藝路線的相似系數(shù)(TQSab),通過(guò)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(shí)間，即安裝、裝夾、加工等時(shí)間之和，以及加工批量這兩個(gè)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(hào)】G06F19/00GK103995978SQ201410239089
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)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(guó)新, 黃思翰, 閻艷, 杜景軍, 王孟超 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)