面向能耗的離散制造系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài)配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及制造行業(yè)中車間制造設(shè)備資源的動(dòng)態(tài)配置技術(shù)領(lǐng)域，具體的，涉及一 種面向能耗的離散制造系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài)配置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國(guó)，離散制造行業(yè)的能源消耗非常巨大，根據(jù)相關(guān)部門(mén)的統(tǒng)計(jì)測(cè)算，我國(guó)的離 散制造產(chǎn)業(yè)平均每年的能源消耗量占全國(guó)總能耗的63%。如何讓降低離散制造業(yè)的能耗， 實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)，這是我國(guó)當(dāng)前的重要任務(wù)之一。離散制造產(chǎn)業(yè)中的耗能主體是制造設(shè)備， 制造設(shè)備功率大，工作持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，更新難度高，這些是降低離散制造系統(tǒng)的能耗的主要障 礙。對(duì)于制造行業(yè)降低能耗的問(wèn)題，離散制造系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài)配置問(wèn)題的研宄一直是相關(guān) 研宄的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的制造模式中，制造設(shè)備資源單一受高層環(huán)節(jié)控制，沒(méi)有考慮到制造設(shè)備 資源與加工任務(wù)之間的能耗成本問(wèn)題，機(jī)械地將制造設(shè)備資源與加工任務(wù)進(jìn)行功能性分類 組合，整個(gè)生產(chǎn)加工流程的耗能多以及加工生產(chǎn)的效率低下的情況沒(méi)有得到顯著改善。如 何對(duì)離散制造系統(tǒng)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置進(jìn)而降低加工過(guò)程中的能耗是值得研宄的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種面向能耗的離散制造系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài) 配置方法，以實(shí)現(xiàn)在當(dāng)前制造設(shè)備資源加工能力和工藝要求的基礎(chǔ)上，加工生產(chǎn)能耗最小 化的目的。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種面向能耗的離散制造系統(tǒng)資源 的動(dòng)態(tài)配置方法，其包括以下步驟：
[0005] (1)加工任務(wù)能耗模型的建立：
[0006] 假設(shè)需要加工的任務(wù)有m種，它們的工序集合分別爻
【主權(quán)項(xiàng)】
1.面向能耗的離散制造系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài)配置方法，其特征是，包括以下步驟：
(1) 加工任務(wù)能耗模型的建立： 假設(shè)需要加工的任務(wù)有m種，它們的工序集合分別為 加工任務(wù)工序的加工時(shí)間集合為：
，加工任務(wù)的要求完成時(shí) 間集合為L(zhǎng)m= IL1, L2，…Li,…LJ，其中Pi表示第i種任務(wù)的工序數(shù)目；同時(shí)制造設(shè)備資 源共有η臺(tái)，表示為N = {Sl，S2sn}，所有制造設(shè)備資源的準(zhǔn)備加工時(shí)間設(shè)為T(mén)n = IT1, T2，…IV·· TJ ;建立每個(gè)加工任務(wù)的加工工序與制造設(shè)備之間的能耗關(guān)系矩陣：
，<表不加工任務(wù)i的工序q在制造設(shè)備j上的能耗大小，其 中 I < q < pi; 對(duì)每個(gè)任務(wù)的工序集合建立相應(yīng)的任務(wù)分配方案：
其中=1表明任務(wù)i的工序q安排在制造設(shè)備j上進(jìn)行加工，<.=〇表明任務(wù)i的工 序q不安排在制造設(shè)備j上進(jìn)行加工，據(jù)此得到加工任務(wù)與制造設(shè)備資源之間的能耗模型 為：
(2) 面向加工任務(wù)與制造設(shè)備資源的動(dòng)態(tài)加工單元的構(gòu)建： 根據(jù)任務(wù)加工工藝內(nèi)在的相似性以及制造設(shè)備異構(gòu)性和地理分布特性，建立加工任務(wù) 與制造設(shè)備資源關(guān)聯(lián)表，利用模糊等價(jià)關(guān)系，對(duì)加工任務(wù)和制造設(shè)備資源進(jìn)行分組和鏈接， 形成動(dòng)態(tài)加工單元： 單元1為~N U 單元2 :M2~N 2 其中M1,
(3) 基于能耗的動(dòng)態(tài)加工單元模型配置： 在每個(gè)動(dòng)態(tài)加工單元中，為了實(shí)現(xiàn)加工能耗最小化，以有向多色理論為基礎(chǔ)形成任務(wù) 工序與制造設(shè)備加工能力的有向多色圖配置，步驟如下： (3. DN1是每個(gè)動(dòng)態(tài)加工單元中制造設(shè)備資源的多色集合,N1= {c ^c2, ...，cv}，其中V =1，2,…j，cv表示在該動(dòng)態(tài)加工單元中對(duì)于某一加工任務(wù)加工功能相近的制造設(shè)備資源 顏色，V為資源算子數(shù)量； (3.2)用個(gè)人顏色集合Fh(Cv)表示該動(dòng)態(tài)加工單元中一臺(tái)制造設(shè)備的加工能力多色集 合，即它能完成的加工工序的集合，h表示設(shè)備可加工能力算子數(shù)量；N1中所有制造設(shè)備資 源能夠完成的所有加工工序的顏色集合表示為？^) = ^!^^!^^)，···^!^~)}，； (3. 3)
表示為該動(dòng)態(tài)加工單元所有加工任務(wù)的工序多色集 合，pi}該動(dòng)態(tài)加工單元中某一加工任務(wù)工序顏色集合，其中w = 1，2,…i, w為任務(wù)算子 數(shù)量，進(jìn)而建立制造設(shè)備資源加工工序集合與加工任務(wù)工序集合之間的圍道布爾矩陣，表 明相應(yīng)加工任務(wù)的工序與制造設(shè)備資源可加工工序之間的映射關(guān)系； (3. 4)根據(jù)加工任務(wù)工序的工藝要求，在圍道布爾矩陣基礎(chǔ)上建立該動(dòng)態(tài)加工單元中 加工任務(wù)與制造設(shè)備資源的配置有向多色圖，即任務(wù)與制造設(shè)備資源配置方案集；確定各 加工任務(wù)的工序加工路線方案集合，以最小化能耗為目標(biāo)，加工任務(wù)完成日期為約束，求出 最優(yōu)解，即選擇出了最佳加工路線方案，最終構(gòu)成基于能耗的動(dòng)態(tài)加工單元模型配置； (4) 基于能耗的動(dòng)態(tài)加工單元模型配置信息跟蹤與交互： 采用加工網(wǎng)絡(luò)的模式對(duì)所有的制造設(shè)備資源進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，在線獲取制造設(shè)備資源的實(shí)時(shí) 能耗信息；對(duì)加工任務(wù)零件進(jìn)行標(biāo)簽式跟蹤，獲取加工任務(wù)的加工進(jìn)度和工藝質(zhì)量；在加 工網(wǎng)絡(luò)中加入資源配置服務(wù)器，用于制造設(shè)備資源的加工能力集合和加工任務(wù)工藝要求集 合的存儲(chǔ)和歸類，建立加工能力庫(kù)和工藝需求庫(kù)；并根據(jù)制造設(shè)備資源與加工任務(wù)的實(shí)際 能耗情況，建立能耗數(shù)據(jù)庫(kù)，形成制造設(shè)備資源系統(tǒng)；根據(jù)所述的制造設(shè)備資源的配置模 型，以最小加工能耗為目標(biāo)，對(duì)制造設(shè)備資源與加工任務(wù)進(jìn)行分組和動(dòng)態(tài)加工單元配置，最 終通過(guò)制造設(shè)備資源和加工任務(wù)信息動(dòng)態(tài)聯(lián)接，形成由Web服務(wù)中心節(jié)點(diǎn)、制造設(shè)備資源 節(jié)點(diǎn)、加工任務(wù)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)加工系統(tǒng)；以減少能耗為目標(biāo)，形成動(dòng)態(tài)配置、實(shí)時(shí)反饋的 機(jī)制，完成面向能耗的離散制造系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài)配置。
2. 如權(quán)利要求1所述的面向能耗的離散制造系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài)配置方法，其特征是，還 包括將每次的加工任務(wù)與制造設(shè)備資源配置信息歸檔并保存在資源配置服務(wù)器中，建立面 向能耗的資源配置方法庫(kù)。
3. 如權(quán)利要求2所述的面向能耗的離散制造系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài)配置方法，其特征是，在 所述面向能耗的資源配置方法庫(kù)基礎(chǔ)上把配置數(shù)據(jù)按照層次關(guān)系組織起來(lái)，并建立相應(yīng)的 圖標(biāo)，供管理者調(diào)用。
4. 如權(quán)利要求1所述的面向能耗的離散制造系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài)加工單元配置方法，其特 征是，步驟（2)所述加工任務(wù)與制造設(shè)備資源配置單元是一種動(dòng)態(tài)的加工單元，它與特定 的加工任務(wù)聯(lián)系在一起，當(dāng)加工任務(wù)下達(dá)后它被配置，加工任務(wù)完成之后配置單元之間的 聯(lián)系解體，相應(yīng)的配置信息歸檔保存，以便下次生產(chǎn)；配置單元的構(gòu)建是對(duì)配置系統(tǒng)的信息 輸入輸出過(guò)程，輸入信息是加工任務(wù)以及相應(yīng)的工序特征，輸出信息是制造設(shè)備資源的相 應(yīng)的配置信息。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種面向能耗的離散制造系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài)配置方法，步驟包括：加工任務(wù)能耗模型建立，面向加工任務(wù)的與制造設(shè)備資源的動(dòng)態(tài)加工單元構(gòu)建，基于能耗的動(dòng)態(tài)加工單元模型配置，基于能耗的動(dòng)態(tài)加工單元配置信息跟蹤與交互，配置方案的分類歸檔。本發(fā)明經(jīng)過(guò)制造設(shè)備資源與加工任務(wù)分組形成動(dòng)態(tài)加工單元，再在能耗基礎(chǔ)上將任務(wù)工序集合與制造設(shè)備加工能力進(jìn)行映射后，建立面向最小化能耗的制造系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài)單元配置模型；通過(guò)資源配置服務(wù)器建立資源配置方法庫(kù)，為最優(yōu)化能耗方案的尋求建立起詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持；對(duì)離散制造環(huán)境進(jìn)行加工聯(lián)網(wǎng)，加強(qiáng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)與任務(wù)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系，對(duì)制造設(shè)備資源的動(dòng)態(tài)配置和優(yōu)化提供信息窗口，提高了人機(jī)交互速度。
【IPC分類】G06Q10-06, G06Q50-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104751275
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510107687
【發(fā)明人】王艷, 高云, 紀(jì)志成
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月11日