一種基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法，包括建立基于動(dòng)態(tài)看板的推式負(fù)荷均衡化控制機(jī)制、建立基于動(dòng)態(tài)看板的拉式作業(yè)分派與協(xié)同機(jī)制、建立綜合工藝規(guī)劃的投放任務(wù)選擇模型、柔性工序交貨期動(dòng)態(tài)計(jì)算、仿真驅(qū)動(dòng)的耦合控制參數(shù)優(yōu)化和建立規(guī)則導(dǎo)向的受擾響應(yīng)序列生成器。本發(fā)明能夠突破推拉混合式控制方法在高度可變與復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境中的應(yīng)用局限性，豐富了現(xiàn)有非重復(fù)性制造過(guò)程的生產(chǎn)控制系統(tǒng)理論，通過(guò)提高生產(chǎn)控制自動(dòng)化水平來(lái)加快模具企業(yè)向高精模具制造轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升我國(guó)模具行業(yè)的整體服務(wù)水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，還能夠?yàn)槠渌鼏渭∨恐圃炱髽I(yè)的復(fù)雜生產(chǎn)控制問(wèn)題提供值得借鑒的解決思路與解決方法，具有廣泛的工程應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】
一種基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采用工程訂貨型(Engineering-to-order，ΕΤ0)單件小批生產(chǎn)方式的模具企業(yè)是一類典型的非重復(fù)性制造系統(tǒng)。過(guò)去十年來(lái)，隨著汽車、家電、通訊和包裝等產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展，也極大的帶動(dòng)了處于上游的模具行業(yè)。但總體來(lái)看，國(guó)內(nèi)模具產(chǎn)品目前大多集中在技術(shù)水平偏低的中低檔領(lǐng)域，高端精密模具仍然較依賴日韓西歐等國(guó)家。在市場(chǎng)飽和與人力成本攀升等國(guó)內(nèi)制造業(yè)大環(huán)境的作用下，中低端模具的附加值已經(jīng)越來(lái)越低，同時(shí)還遭遇到來(lái)自東南亞及東歐等國(guó)家日漸明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)的競(jìng)爭(zhēng)壓力。因此，發(fā)展高精模具是我國(guó)模具企業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然選擇，而人們對(duì)模具成型產(chǎn)品品質(zhì)的不斷追求也為此提供了巨大契機(jī)，許多有實(shí)力有遠(yuǎn)見(jiàn)的模具企業(yè)已經(jīng)走在了發(fā)展前列。高精模具更具個(gè)性化和技術(shù)復(fù)雜性的特點(diǎn)必將帶來(lái)制造系統(tǒng)的更高復(fù)雜度，而針對(duì)此類復(fù)雜非重復(fù)性制造系統(tǒng)如何進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程控制，以確保其優(yōu)態(tài)高效運(yùn)行，也就成為業(yè)界和學(xué)界關(guān)心的熱點(diǎn)問(wèn)題。
[0003]就外部環(huán)境來(lái)說(shuō)，高精模具的市場(chǎng)需求波動(dòng)大，模具訂單隨機(jī)到達(dá)企業(yè)，基本都是單件定制，不同模具在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝與資源需求、交期等方面差異明顯，技術(shù)難度普遍較高且生產(chǎn)周期往往較長(zhǎng)，由客戶發(fā)起的交期變更、技術(shù)方案變更，甚至是訂單暫?；蛉∠麜r(shí)有發(fā)生。就內(nèi)部環(huán)境來(lái)說(shuō)，適應(yīng)高精模具發(fā)展需要的制造系統(tǒng)的復(fù)雜度主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:
1、全面化與智能化的資源配置帶來(lái)的生產(chǎn)過(guò)程的高度柔性:為了滿足高精模具的個(gè)性化加工需求，企業(yè)往往需要盡量全面的為其配置各類加工資源，這使得高精模具的多數(shù)零件不僅可以使用多種不同類型的資源加工完成，而且每類資源又存在多個(gè)不同加工能力的工作中心，每個(gè)工作中心又有多臺(tái)同等加工能力的機(jī)器可供選擇。因而，高精模具生產(chǎn)過(guò)程具有高度的工藝路線柔性。
[0004]2、多層級(jí)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與多樣化附屬工裝帶來(lái)的生產(chǎn)進(jìn)度協(xié)同困難性:高精模具通常具有復(fù)雜的零部件裝配關(guān)系，零件需要按照裝配物料齊套需求分先后順序送達(dá)裝配單元，但由于關(guān)聯(lián)零件之間工藝路線與加工工時(shí)差異較大，加之生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在多套模具同時(shí)共享加工資源，致使?jié)M足此種漸增式物料需求的零件生產(chǎn)進(jìn)度協(xié)同具有相當(dāng)?shù)睦щy性;此外，高精模具制造過(guò)程往往需要大量借助各種硬/軟工裝，如典型的包括電極和NC程序，它們是零件開始加工的前置條件，此種情況下不能假定它們總是能夠在零件開始時(shí)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，其完成進(jìn)度需要與零件的生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)同。
[0005]3、差異化技術(shù)要求與經(jīng)驗(yàn)依賴性工藝實(shí)現(xiàn)帶來(lái)的高度不確定性:零件工時(shí)無(wú)法提前準(zhǔn)確預(yù)知，只能憑借以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給出一個(gè)初步的估計(jì)范圍，而且上一工序的加工效果將影響下一工序的操作參數(shù)造成加工工時(shí)不確定，所以只有隨著生產(chǎn)的不斷推進(jìn)，對(duì)工時(shí)期量的估計(jì)才會(huì)變得準(zhǔn)確;質(zhì)量事故導(dǎo)致的返工/返修零件比例大為提高;零件制造復(fù)雜性也在很大程度上增加了各類設(shè)備的故障率;所需的原材料品種繁多，出現(xiàn)物料不能及時(shí)到位或原材料質(zhì)量問(wèn)題的概率大為增加;設(shè)計(jì)變更和工藝參數(shù)變更極為頻繁等。
[0006]相比中低檔模具，高精模具制造系統(tǒng)的內(nèi)外部環(huán)境具有更高的復(fù)雜度和不確定性，因而其生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)需要具備更高的環(huán)境適應(yīng)性，主要體現(xiàn)在:①需要提高昂貴制造資源的利用率。企業(yè)為各類加工設(shè)備付出了高昂的購(gòu)置及維護(hù)成本，在高度工藝柔性和不確定環(huán)境下如何最大化發(fā)揮資源的生產(chǎn)能力，將是生產(chǎn)控制面臨的重要問(wèn)題;②需要有效控制車間現(xiàn)場(chǎng)在制品水平?？刂片F(xiàn)場(chǎng)在制品(Work-1n-Process，WIP)能夠最小化車間層生產(chǎn)時(shí)間，簡(jiǎn)化車間運(yùn)作管理，加快對(duì)需求變化的響應(yīng)速度。但如何確定最佳WIP控制目標(biāo)，將是生產(chǎn)控制面臨的另一個(gè)重要問(wèn)題;③需要對(duì)零件生產(chǎn)/工裝準(zhǔn)備進(jìn)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)同，以最小化關(guān)聯(lián)零件/工序之間的相互等待時(shí)間。零件間的無(wú)謂等待是導(dǎo)致模具準(zhǔn)時(shí)交貨率偏低的重要原因，滿足裝配物料漸增式齊套需求，在不確定生產(chǎn)環(huán)境下進(jìn)行有效的進(jìn)度協(xié)同，將極大的影響生產(chǎn)控制的績(jī)效。④需要對(duì)生產(chǎn)負(fù)荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)均衡，降低漂移瓶頸的擁堵程度。瓶頸的產(chǎn)出率決定了整個(gè)制造系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，在瓶頸具有較強(qiáng)漂移性的環(huán)境下進(jìn)行有效動(dòng)態(tài)負(fù)荷均衡，將極大影響系統(tǒng)產(chǎn)出率。⑤需要及時(shí)響應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的眾多隨機(jī)干擾，以最大程度維持系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。
[0007]目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)制造系統(tǒng)的適應(yīng)性研究主要分為三類:一是從系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)角度實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的適應(yīng)性與進(jìn)化，如基于多Agent的控制結(jié)構(gòu)，此類方法更多考慮通過(guò)結(jié)構(gòu)單元的自我組織與學(xué)習(xí)以及結(jié)構(gòu)單元之間的信息協(xié)調(diào)適應(yīng)環(huán)境變化，本質(zhì)上并未提供可變環(huán)境生產(chǎn)控制的系統(tǒng)行為與優(yōu)化機(jī)制；二是基于系統(tǒng)狀態(tài)或性能特征的量化分析，建立適應(yīng)的調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的穩(wěn)健性，如針對(duì)各種環(huán)境建立的動(dòng)態(tài)調(diào)度方法、預(yù)-反應(yīng)式重調(diào)度方法。該方面已有大量研究，但它們難于考慮制造系統(tǒng)的全局信息或狀態(tài)，更多側(cè)重于較小范圍的局部控制；三是通過(guò)合理設(shè)計(jì)生產(chǎn)控制模式保證制造系統(tǒng)的穩(wěn)健性，如CONWIP系統(tǒng)和Kanban系統(tǒng)。
[0008]隨著制造過(guò)程復(fù)雜性的不斷增加，將推式和拉式方法進(jìn)行創(chuàng)新性結(jié)合，設(shè)計(jì)針對(duì)更復(fù)雜環(huán)境的生產(chǎn)控制模式是制造系統(tǒng)研究領(lǐng)域的重要方向。推拉混合方法(HybridpUSh/pUll，HPP)的發(fā)展由來(lái)正是試圖讓單純推式方法和單純拉式方法能互相彌補(bǔ)。為了應(yīng)對(duì)各種生產(chǎn)環(huán)境，學(xué)界和業(yè)界已經(jīng)發(fā)展出了諸多HPP方法。從混合方式來(lái)看，HPP方法包括橫向混合與縱向混合:前者是指制造系統(tǒng)中一些工作站采取計(jì)劃推動(dòng)，而另一些則采取需求拉動(dòng)，其中較為常見(jiàn)的是CONWIP系統(tǒng);后者則通常包含上層推式系統(tǒng)和下層拉式系統(tǒng)，其中較為經(jīng)典的是基于MRP與JIT結(jié)合的方法。從涉及范圍來(lái)看，HPP方法可以面向企業(yè)內(nèi)部，也可以面向企業(yè)供應(yīng)鏈。從應(yīng)用環(huán)境來(lái)看，HPP方法已經(jīng)應(yīng)用在包括面向庫(kù)存生產(chǎn)的MTS環(huán)境、按單裝配的ATO環(huán)境、按單生產(chǎn)的MTO環(huán)境以及大批量定制生產(chǎn)環(huán)境等。當(dāng)前研究較為集中的幾類HPP方法包括:I)面向供應(yīng)鏈協(xié)同規(guī)劃的HPP策略，其主要用于解決多工廠生產(chǎn)鏈的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，不適用于制造系統(tǒng)的內(nèi)部生產(chǎn)控制領(lǐng)域。2)分階段控制的HPP方法，此類研究最為廣泛，其基本思路是基于訂單差異分隔點(diǎn)或瓶頸位置，將制造系統(tǒng)分成推式和拉式生產(chǎn)階段，其更加適用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相對(duì)固定及生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定的制造環(huán)境。3)基于負(fù)荷控制(Workload control，WLC)的HPP方法，相比于前兩類方法，該方法更有可能應(yīng)用于復(fù)雜非重復(fù)性制造系統(tǒng)中，原因是WLC與HPP能夠互為補(bǔ)充從而對(duì)復(fù)雜環(huán)境具有更高的適應(yīng)性。
[0009]基于WLC的HPP方法的現(xiàn)有研究中較具代表性的成果是將拉式方法精髓之一的卡片系統(tǒng)引入WLC中，這預(yù)期能極大提高方法的環(huán)境適應(yīng)性與實(shí)用性，總結(jié)已有類似方法，存在以下幾方面問(wèn)題:
運(yùn)行機(jī)制方面:已有方法的核心機(jī)制是先通過(guò)卡片來(lái)設(shè)置工作中心的負(fù)荷界限，再基于卡片授權(quán)方式進(jìn)行周期與連續(xù)結(jié)合的任務(wù)投放，從而實(shí)現(xiàn)車間負(fù)荷均衡化。但在任務(wù)具有柔性工藝路線與不確定工時(shí)需求的復(fù)雜環(huán)境中，生產(chǎn)過(guò)程中的負(fù)荷動(dòng)態(tài)不均衡性將極為顯著，而原機(jī)制不具備進(jìn)行動(dòng)態(tài)負(fù)荷均衡的能力。原機(jī)制僅采用面向交貨期的作業(yè)分派方式，無(wú)法對(duì)具有復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系的任務(wù)之間的生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)同。此外，原機(jī)制中卡片僅能表示負(fù)荷大小，不能發(fā)揮出像傳統(tǒng)Kanban—樣的車間狀況顯示和生產(chǎn)指令下達(dá)的功能。
[0010]優(yōu)化方法方面:已有方法在進(jìn)行任務(wù)投放選擇優(yōu)化時(shí)，通常需要假定任務(wù)具有唯一確定的工藝路線，這在復(fù)雜制造系統(tǒng)中往往難以成立;在諸如投放周期、負(fù)荷上界等關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化確定方面，通常采用經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法，或者利用數(shù)學(xué)工具建立嚴(yán)格假設(shè)條件下的穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型，這種方式更適合解決制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題，而無(wú)法滿足系統(tǒng)日常運(yùn)行控制的動(dòng)態(tài)優(yōu)化需求;在工序交貨期計(jì)算方面，通常按公共交貨期進(jìn)行倒排，此種方式難以滿足關(guān)聯(lián)任務(wù)間動(dòng)態(tài)進(jìn)度協(xié)同的需求。
[0011]受擾響應(yīng)方面:已有研究?jī)H能對(duì)少數(shù)干擾情況做出響應(yīng)，而且也往往是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)進(jìn)行的，但在復(fù)雜制造系統(tǒng)中的隨機(jī)干擾之間通常具有很高的關(guān)聯(lián)性，這就需要系統(tǒng)能夠快速進(jìn)行一系列響應(yīng)活動(dòng)。
[0012]綜上，針對(duì)高精模具制造過(guò)程的生產(chǎn)控制問(wèn)題，雖然適合采用基于WLC的HPP方法來(lái)加以解決，但現(xiàn)有方法在運(yùn)行機(jī)制、優(yōu)化方法以及受擾響應(yīng)這三個(gè)方面都存在明顯不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種包含了“推式負(fù)荷均衡化控制、拉式作業(yè)分派與協(xié)同控制、聯(lián)動(dòng)響應(yīng)活動(dòng)序列生成”的基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法，從生產(chǎn)控制模式的角度研究建立適應(yīng)復(fù)雜高精模具生產(chǎn)過(guò)程的控制系統(tǒng)，維持制造系統(tǒng)盡量在較優(yōu)穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行，同時(shí)又能使受擾系統(tǒng)快速回歸穩(wěn)態(tài)。
[0014]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明可以通過(guò)以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn):一種基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法，包括以下步驟:
一、建立基于動(dòng)態(tài)看板的推式負(fù)荷均衡化控制機(jī)制，包括任務(wù)投放控制機(jī)制與任務(wù)轉(zhuǎn)序控制機(jī)制，具體還包括:
1)周期性與連續(xù)性結(jié)合的投放觸發(fā)機(jī)制；
2)動(dòng)態(tài)看板的工序卡“綁定-釋放”機(jī)制；
3)動(dòng)態(tài)看板的工序卡和狀態(tài)卡更新機(jī)制；
二、建立基于動(dòng)態(tài)看板的拉式作業(yè)分派與協(xié)同機(jī)制，具體包括:
1)總體與局部聯(lián)合牽引機(jī)制；
2)規(guī)則調(diào)度與動(dòng)態(tài)批調(diào)度聯(lián)合決策機(jī)制；
三、建立綜合工藝規(guī)劃的投放任務(wù)選擇模型，具體包括:
1)構(gòu)建參與優(yōu)化選擇的任務(wù)集合；
2)考慮多工藝路線的最優(yōu)投放任務(wù)選擇整數(shù)規(guī)劃模型； 3)工序卡的負(fù)荷大小估算；
四、柔性工序交貨期動(dòng)態(tài)計(jì)算，具體包括:
1)確定柔性順排方法與柔性倒排方法；
2)多套模具并行裝配環(huán)境下的任務(wù)交貨期計(jì)算；
五、仿真驅(qū)動(dòng)的耦合控制參數(shù)優(yōu)化；
六、建立規(guī)則導(dǎo)向的受擾響應(yīng)序列生成器，具體包括:
1)隨機(jī)干擾影響及受擾系統(tǒng)狀態(tài)演化過(guò)程分析；
2)構(gòu)建“干擾事件-系統(tǒng)狀態(tài)-響應(yīng)活動(dòng)”之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的映射規(guī)則；
3 )規(guī)則導(dǎo)向的聯(lián)動(dòng)響應(yīng)活動(dòng)序列生成。
[0015]作為本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法的優(yōu)選實(shí)施方式，在步驟一中，所述周期性與連續(xù)性結(jié)合的投放觸發(fā)機(jī)制中增加選擇到使負(fù)荷更加均衡的任務(wù)的機(jī)率，依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況設(shè)定最佳的投放周期長(zhǎng)度。
[0016]在步驟二中，所述總體與局部聯(lián)合牽引機(jī)制的總體牽引是一個(gè)基于工序交貨期指引工作中心進(jìn)行生產(chǎn)加工的過(guò)程，其體現(xiàn)的是對(duì)準(zhǔn)時(shí)性的單目標(biāo)優(yōu)化;局部牽引是一個(gè)基于熱處理生產(chǎn)需求指引前工序工作中心進(jìn)行生產(chǎn)加工的過(guò)程，其體現(xiàn)的是對(duì)準(zhǔn)時(shí)性與節(jié)能性的雙目標(biāo)優(yōu)化，局部牽引的優(yōu)先級(jí)高于總體牽引。
[0017]實(shí)施本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法的技術(shù)方案具有如下有益效果:
1、設(shè)計(jì)了更具魯棒性的基于松散耦合控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行機(jī)制:面向負(fù)荷總體均衡與動(dòng)態(tài)均衡設(shè)計(jì)了推式負(fù)荷均衡化控制機(jī)制，面向動(dòng)態(tài)進(jìn)度協(xié)同與多目標(biāo)生產(chǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)了拉式作業(yè)分派與協(xié)同控制機(jī)制，并通過(guò)關(guān)聯(lián)優(yōu)化決策與多視圖看板呈現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了推拉機(jī)制的內(nèi)在及外在耦合。
[0018]2、構(gòu)建了更具復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境適應(yīng)性的優(yōu)化方法:考慮高度工藝路線柔性與工時(shí)不確定性，構(gòu)建了綜合工藝規(guī)劃的投放任務(wù)選擇方法;考慮模具裝配物料需求的漸增齊套性，以及任務(wù)/工序加工進(jìn)度之間復(fù)雜的動(dòng)態(tài)協(xié)同性，構(gòu)建了柔性O(shè)DD動(dòng)態(tài)計(jì)算方法;考慮關(guān)鍵控制參數(shù)需要適應(yīng)高可變制造系統(tǒng)的日常運(yùn)作需求，構(gòu)建了仿真驅(qū)動(dòng)的耦合控制參數(shù)優(yōu)化的群體智能算法。
[0019]3、建立了更具快速性的響應(yīng)活動(dòng)序列生成器:基于受擾系統(tǒng)的狀態(tài)演化過(guò)程，建立了“干擾事件、系統(tǒng)狀態(tài)及響應(yīng)活動(dòng)”之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的規(guī)則映射方法，并通過(guò)規(guī)則導(dǎo)向快速生成聯(lián)動(dòng)響應(yīng)活動(dòng)序列，驅(qū)動(dòng)受擾系統(tǒng)快速回歸穩(wěn)態(tài)。
[0020]本發(fā)明能夠突破推拉混合式控制方法在高度可變與復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境中的應(yīng)用局限性，豐富了現(xiàn)有非重復(fù)性制造過(guò)程的生產(chǎn)控制系統(tǒng)理論，提出了解決復(fù)雜模具生產(chǎn)過(guò)程控制難題的新思路與新方法。本發(fā)明在工業(yè)中的應(yīng)用，不僅能夠通過(guò)提高生產(chǎn)控制自動(dòng)化水平來(lái)加快模具企業(yè)向高精模具制造轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升我國(guó)模具行業(yè)的整體服務(wù)水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，還能夠?yàn)槠渌鼏渭∨恐圃炱髽I(yè)的復(fù)雜生產(chǎn)控制問(wèn)題提供值得借鑒的解決思路與解決方法，具有廣泛的工程應(yīng)用前景。
[0021]上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。
【附圖說(shuō)明】
[0022]利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
[0023]圖1是本發(fā)明中的推拉混合式自適應(yīng)生產(chǎn)控制方法的總體技術(shù)框架示意圖。
[0024]圖2是本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法的推式任務(wù)投放與轉(zhuǎn)序控制運(yùn)行機(jī)制示意圖。
[0025]圖3是本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法的拉式作業(yè)分派與進(jìn)度協(xié)同運(yùn)行機(jī)制示意圖。
[0026]圖4是本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法建立的綜合工藝規(guī)劃的投放任務(wù)選擇模型圖。
[0027]圖5是本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法的柔性工序交貨期動(dòng)態(tài)計(jì)算過(guò)程示意圖。
[0028]圖6是本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法的仿真驅(qū)動(dòng)的耦合控制參數(shù)優(yōu)化方法的框架圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，其作為本說(shuō)明書的一部分，通過(guò)實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理，本發(fā)明的其他方面、特征及其優(yōu)點(diǎn)通過(guò)該詳細(xì)說(shuō)明將會(huì)變得一目了然。在所參照的附圖中，不同的圖中相同或相似的部件使用相同的附圖標(biāo)號(hào)來(lái)表示。為使本發(fā)明更加容易理解，下面將進(jìn)一步闡述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0030]基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)，自適應(yīng)生產(chǎn)控制的目標(biāo)是使制造系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)的時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，而處于非穩(wěn)態(tài)的時(shí)間則相對(duì)短，即需要制造系統(tǒng)在非穩(wěn)態(tài)時(shí)能夠快速向穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化。這一方面要求生產(chǎn)控制對(duì)高度可變環(huán)境具有較高的魯棒性，以便使系統(tǒng)盡量長(zhǎng)時(shí)間處于穩(wěn)態(tài)；而另一方面又要求生產(chǎn)控制在制造系統(tǒng)處于非穩(wěn)態(tài)時(shí)能夠?qū)⑵浼皶r(shí)引導(dǎo)回穩(wěn)態(tài)?；诖嗽?J，圖1給出的本發(fā)明所提出的基于動(dòng)態(tài)看板的推拉混合式自適應(yīng)生產(chǎn)控制方法的總體技術(shù)框架圖。
[0031]首先，構(gòu)建一個(gè)包含推式負(fù)荷均衡化控制機(jī)制及拉式作業(yè)分派與進(jìn)度協(xié)同機(jī)制的松散耦合控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)較高的控制魯棒性:推式機(jī)制考慮工藝路線的高度柔性與工時(shí)的高度不確定性等因素，通過(guò)關(guān)鍵控制參數(shù)的合理設(shè)置，以及對(duì)任務(wù)投放與任務(wù)轉(zhuǎn)序的聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷總體均衡與動(dòng)態(tài)均衡，從而最大化制造系統(tǒng)的產(chǎn)出效率;拉式機(jī)制考慮裝配物料的漸增式齊套需求以及車間生產(chǎn)的多目標(biāo)優(yōu)化需求，通過(guò)零件/工裝工序交貨期的協(xié)調(diào)計(jì)算，以及對(duì)工作中心的作業(yè)分派進(jìn)行總體與局部牽引，實(shí)現(xiàn)零件/工裝生產(chǎn)進(jìn)度的動(dòng)態(tài)協(xié)同和車間生產(chǎn)多目標(biāo)的同時(shí)優(yōu)化;推拉兩種機(jī)制可以通過(guò)其包含的相關(guān)模型的輸入/輸出/參數(shù)/約束等內(nèi)在耦合關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)決策優(yōu)化，同時(shí)還可以通過(guò)動(dòng)態(tài)看板實(shí)現(xiàn)外在耦合的決策結(jié)果呈現(xiàn)。
[0032]其次，構(gòu)建松散耦合控制網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的響應(yīng)活動(dòng)序列生成器:松散耦合控制網(wǎng)絡(luò)包含多個(gè)分散控制模塊，基于預(yù)定的時(shí)點(diǎn)或事件觸發(fā)方式驅(qū)動(dòng)各個(gè)模塊進(jìn)行有序的控制活動(dòng)，從而使制造系統(tǒng)維持在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。而當(dāng)制造系統(tǒng)受到隨機(jī)干擾之后，如任務(wù)出現(xiàn)返修，則需要快速采用非預(yù)定方式驅(qū)動(dòng)相應(yīng)模塊進(jìn)行相關(guān)控制活動(dòng)，從而使系統(tǒng)從非穩(wěn)態(tài)回歸穩(wěn)態(tài)。然而，復(fù)雜制造系統(tǒng)中的隨機(jī)干擾眾多，而且其對(duì)系統(tǒng)的影響往往不是單方面的或是孤立的，如零件的返修延誤可能會(huì)影響到與其存在裝配關(guān)系的其它零件，為了及時(shí)處理此種復(fù)雜關(guān)聯(lián)影響，需要快速生成一個(gè)能夠有序驅(qū)動(dòng)相關(guān)控制模塊進(jìn)行相關(guān)控制活動(dòng)的有向聯(lián)動(dòng)響應(yīng)序列。首先對(duì)制造系統(tǒng)中各類干擾影響以及受擾系統(tǒng)狀態(tài)演化過(guò)程進(jìn)行分析，并據(jù)此預(yù)先構(gòu)建描述干擾事件、系統(tǒng)狀態(tài)以及響應(yīng)活動(dòng)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的映射規(guī)則集，最后在規(guī)則集引導(dǎo)下快速生成有向聯(lián)動(dòng)響應(yīng)活動(dòng)序列。
[0033]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法，包括以下步驟:
一、建立基于動(dòng)態(tài)看板的推式負(fù)荷均衡化控制機(jī)制，包括任務(wù)投放控制機(jī)制與任務(wù)轉(zhuǎn)序控制機(jī)制，其運(yùn)行機(jī)制如圖2所示。鑒于多工藝路線以及多工作中心的表達(dá)復(fù)雜性，圖中僅表示出單條工藝路線的3個(gè)工作中心的情況。其中投放控制目標(biāo)是將最佳的任務(wù)在最佳的時(shí)間投放到其第I道工序的工作中心前的隊(duì)列中，而轉(zhuǎn)序決策目標(biāo)是將已完成上一道工序的任務(wù)轉(zhuǎn)運(yùn)到下一道工序的最佳工作中心前的隊(duì)列中。建立基于動(dòng)態(tài)看板的推式負(fù)荷均衡化控制機(jī)制還包括:
周期性與連續(xù)性結(jié)合的投放觸發(fā)機(jī)制:周期性投放可以增加選擇到那些使負(fù)荷更加均衡的任務(wù)的機(jī)率，但周期性投放的間隔時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，在工藝路線高度柔性以及工時(shí)估計(jì)誤差的綜合作用下，可能出現(xiàn)工作中心饑餓的情況(即在投放間隔中出現(xiàn)“有設(shè)備空閑而沒(méi)有待機(jī)任務(wù)”的情況)，此時(shí)則用連續(xù)性觸發(fā)方式加以補(bǔ)充，即臨時(shí)投放任務(wù)到饑餓工作中心上。設(shè)置相對(duì)長(zhǎng)的投放周期可以提高周期內(nèi)工作中心的負(fù)荷上界，從而能投放更多任務(wù)以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的更均衡化，但另一方面又將增大任務(wù)在任務(wù)池中的等待時(shí)間，這又可能導(dǎo)致任務(wù)拖期量的增加。因此，這里的關(guān)鍵問(wèn)題是如何依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況設(shè)定最佳的投放周期長(zhǎng)度，該周期設(shè)定問(wèn)題與工作中心負(fù)荷定界問(wèn)題具有緊密耦合關(guān)聯(lián)。
[0034]動(dòng)態(tài)看板的工序卡“綁定-釋放”機(jī)制:任務(wù)被投放的同時(shí)也將占用其工藝路線上各個(gè)工作中心的生產(chǎn)能力，此處用工序卡的綁定與釋放來(lái)更加形象化的表達(dá)此種能力需求。某個(gè)任務(wù)一旦被投放，則需要在其所經(jīng)過(guò)的每個(gè)工作中心的“看板-負(fù)荷視圖”上綁定一張工序卡;而當(dāng)該任務(wù)在一個(gè)工作中心上加工完成，則綁定在其看板上的工序卡將立即釋放。這里的關(guān)鍵問(wèn)題是如何為綁定在工藝路線前后不同位置工作中心上的工序卡估算合理的負(fù)荷大小，傳統(tǒng)WLC理論通常不考慮此種位置差別，這雖然能夠確保每個(gè)投放任務(wù)都提前占用了足夠的生產(chǎn)能力，但反過(guò)來(lái)又會(huì)給處于工藝路線較后位置的工作中心帶來(lái)過(guò)高的間接負(fù)荷，在高度工藝柔性與工時(shí)不確定性的生產(chǎn)環(huán)境下，這又會(huì)導(dǎo)致投放間隔期內(nèi)出現(xiàn)設(shè)備饑餓的概率大為增加。
[0035]動(dòng)態(tài)看板的工序卡和狀態(tài)卡更新機(jī)制:任務(wù)在某個(gè)工作中心上一旦加工完成則觸發(fā)轉(zhuǎn)序決策，其具有與投放控制類似的功能，只是這里僅針對(duì)單個(gè)任務(wù)進(jìn)行，而投放控制則是針對(duì)一個(gè)任務(wù)集合進(jìn)行。任務(wù)后續(xù)工藝路線一經(jīng)規(guī)劃確定，則即時(shí)更新該任務(wù)綁定在各工作中心上的工序卡信息(此處可能涉及整體工藝路線的變更，也可能僅是對(duì)原工序卡負(fù)荷大小的修正)，同時(shí)向下一道目標(biāo)工序下達(dá)轉(zhuǎn)序授權(quán)，這里通過(guò)任務(wù)的狀態(tài)卡來(lái)實(shí)現(xiàn)此種授權(quán)，即將該任務(wù)在目標(biāo)工作中心看板的任務(wù)狀態(tài)卡更新為相應(yīng)顏色。當(dāng)任務(wù)當(dāng)前不能獲得足夠產(chǎn)能而無(wú)法進(jìn)行轉(zhuǎn)序時(shí)，它將必須在工作中心的待轉(zhuǎn)區(qū)等待，針對(duì)此種任務(wù)可以靈活采用定時(shí)或事件觸發(fā)機(jī)制重新進(jìn)行轉(zhuǎn)序決策。
[0036]二、建立基于動(dòng)態(tài)看板的拉式作業(yè)分派與協(xié)同機(jī)制，圖3給出了拉式作業(yè)分派與進(jìn)度協(xié)同運(yùn)行機(jī)制。前述推式控制機(jī)制目標(biāo)是將合適的任務(wù)投放或轉(zhuǎn)運(yùn)到合適的工作中心上，即控制“看板-作業(yè)視圖”內(nèi)容的動(dòng)態(tài)增減;而拉式控制機(jī)制目標(biāo)是確定工作中心上任務(wù)的合理加工順序，即控制“看板-作業(yè)視圖”內(nèi)容的動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，具體包括:
總體與局部聯(lián)合牽引機(jī)制:總體牽引是一個(gè)基于工序交貨期(Operat1n due date，ODD)指引工作中心進(jìn)行生產(chǎn)加工的過(guò)程，其體現(xiàn)的是對(duì)準(zhǔn)時(shí)性的單目標(biāo)優(yōu)化，這里的關(guān)鍵是建立柔性O(shè)DD計(jì)算方法，即依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況動(dòng)態(tài)確定各關(guān)聯(lián)任務(wù)的各道工序的交貨期，用以協(xié)同它們之間的生產(chǎn)進(jìn)度，滿足裝配物料的漸增式齊套需求，最小化各關(guān)聯(lián)任務(wù)之間的互相等待時(shí)間。局部牽引是一個(gè)基于熱處理生產(chǎn)需求指引前工序工作中心進(jìn)行生產(chǎn)加工的過(guò)程，其體現(xiàn)的是對(duì)準(zhǔn)時(shí)性與節(jié)能性的雙目標(biāo)優(yōu)化，局部牽引的優(yōu)先級(jí)總是高于總體牽引，即在局部牽引作用下，總體牽引將僅能提供輔助控制作用。
[0037]規(guī)則調(diào)度與動(dòng)態(tài)批調(diào)度聯(lián)合決策機(jī)制:規(guī)則調(diào)度用于確定非熱處理工序的工作中心看板C區(qū)的任務(wù)排序，考慮到不同任務(wù)加工工時(shí)差異較大，所以此處不宜直接采用基于ODD先后的排序方法，本發(fā)明采用松弛時(shí)間法，即由任務(wù)的ODD和加工工時(shí)確定其最晚開工時(shí)間，該時(shí)間與當(dāng)前時(shí)刻的差值就為任務(wù)的松弛時(shí)間，松弛時(shí)間小的任務(wù)排在前面，以確保其被優(yōu)先加工。動(dòng)態(tài)批調(diào)度用于確定熱處理工序的最佳組批方案，考慮到熱處理任務(wù)到達(dá)的動(dòng)態(tài)性和不確定性，此處不適合采用傳統(tǒng)研究常用的靜態(tài)批調(diào)度或滾動(dòng)周期批調(diào)度方法，本發(fā)明采用事件觸發(fā)的實(shí)時(shí)調(diào)度方法，即由預(yù)定事件的發(fā)生觸發(fā)決策，確定空閑熱處理爐的最佳上機(jī)批次，同時(shí)確定前工序的任務(wù)加工順序。
[0038]三、建立綜合工藝規(guī)劃的投放任務(wù)選擇模型，所建立的綜合工藝規(guī)劃的投放任務(wù)選擇模型如圖4所示，先構(gòu)建參與優(yōu)化選擇的任務(wù)集合，再建立考慮多工藝路線的最優(yōu)投放任務(wù)選擇整數(shù)規(guī)劃模型，最后視集合規(guī)模大小，選用適合于整數(shù)規(guī)劃模型求解的精確算法或近似算法，具體包括:
參與優(yōu)化選擇的任務(wù)集合構(gòu)建:該集合構(gòu)建需要協(xié)調(diào)任務(wù)準(zhǔn)時(shí)交貨與車間負(fù)荷均衡兩方面需求。任務(wù)的不同工藝路線所經(jīng)過(guò)的工作中心不同，而在不同工作中心上的加工工時(shí)與平均等待時(shí)間都存在差異，所以針對(duì)每條工藝路線都可以基于倒排方法確定一個(gè)計(jì)劃投放時(shí)間PRD，所有工藝路線對(duì)應(yīng)的PRD中的最值小和最大值就構(gòu)成了任務(wù)的計(jì)劃投放時(shí)間范圍(PRDmin，PRDmax)。如果某個(gè)任務(wù)的計(jì)劃投放時(shí)間范圍與當(dāng)前時(shí)刻CD的投放周期T存在交疊，即時(shí)段(PRDmin，PRDmax)與時(shí)段(⑶，CD+T)之間存在交集，則將該任務(wù)納入選擇任務(wù)集合中，依據(jù)此方法遍歷當(dāng)前任務(wù)池中的所有的任務(wù)，將所有被選中的任務(wù)構(gòu)成的集合稱為“優(yōu)先投放集合”，該集合的任務(wù)如果被優(yōu)先投放，則可以提高交貨的準(zhǔn)時(shí)性。然而，“優(yōu)先投放集合”的規(guī)模波動(dòng)性較大，可能出現(xiàn)將其中任務(wù)全部投放都無(wú)法滿足產(chǎn)能的情況，所以還需要構(gòu)建一個(gè)“次優(yōu)先投放集合”，如將計(jì)劃投放時(shí)段與時(shí)段(CD+T，CD+2T)存在交集的所有任務(wù)納入該集合中，但此種方法同時(shí)也會(huì)增加那些交貨期原本較松的任務(wù)的投放機(jī)率，它們將可能過(guò)早的占用生產(chǎn)能力，需要確定該集合的最佳規(guī)模。
[0039]整數(shù)規(guī)劃模型構(gòu)建:投放任務(wù)選擇問(wèn)題實(shí)質(zhì)是一個(gè)組合優(yōu)化問(wèn)題:集合中每個(gè)任務(wù)有多條可選工藝路線，每條工藝路線上又有多個(gè)可選工作中心，在實(shí)現(xiàn)所有工作中心平均負(fù)荷率最大化目標(biāo)下，為每個(gè)任務(wù)確定一條最佳的工藝路線，以及為其每道工序確定一個(gè)最佳的工作中心，這里的主要約束是任務(wù)在該被選工藝路線上的每個(gè)被選工作中心上綁定的工序卡不能造成負(fù)荷超過(guò)允許的上限。該模型與傳統(tǒng)的綜合工藝規(guī)劃的生產(chǎn)計(jì)劃模型不同，本模型不需要通過(guò)考慮眾多復(fù)雜約束計(jì)算出任務(wù)每道工序的計(jì)劃開始與結(jié)束時(shí)間，而僅需要通過(guò)工序卡的綁定來(lái)實(shí)現(xiàn)車間負(fù)荷的總體均衡化?；谠撃Ｐ停葘?duì)“優(yōu)先投放集合”進(jìn)行選擇，然后再對(duì)“次優(yōu)先投放集合”進(jìn)行選擇。
[0040]工序卡的負(fù)荷大小估算方法:前述整數(shù)規(guī)劃模型的關(guān)鍵問(wèn)題是:如何對(duì)綁定在工作中心上的工序卡的負(fù)荷大小進(jìn)行合理估算，主要需要解決兩個(gè)主要問(wèn)題:I)任務(wù)加工工時(shí)的不確定性問(wèn)題。在投放時(shí)刻，針對(duì)任務(wù)各道工序的加工工時(shí)往往只能確定一個(gè)時(shí)間范圍，傳統(tǒng)研究通常采用模糊函數(shù)來(lái)描述這種工時(shí)不確定性，這既會(huì)增加模型的復(fù)雜度，而且此種方法對(duì)復(fù)雜制造環(huán)境是否有效仍待驗(yàn)證。因而此處采用一種更為實(shí)用的規(guī)則方法:少數(shù)關(guān)鍵任務(wù)的生產(chǎn)周期通常比非關(guān)鍵任務(wù)長(zhǎng)得多，其生產(chǎn)進(jìn)度將影響整套模具的交貨期，需要優(yōu)先滿足其能力需求，因而為了確保關(guān)鍵任務(wù)能夠占用足夠的產(chǎn)能，其工時(shí)取工時(shí)范圍的最大值;非關(guān)鍵任務(wù)的工時(shí)則取工時(shí)范圍的期望值;工裝任務(wù)的工時(shí)取工時(shí)范圍的最小值。而且，此種規(guī)則帶來(lái)的可能工時(shí)誤差，也將在后續(xù)進(jìn)行的轉(zhuǎn)序決策中得以修正。2)長(zhǎng)工藝路線帶來(lái)的工作中心間接負(fù)荷虛高問(wèn)題。在傳統(tǒng)WLC理論中，通常不考慮工作中心在工藝路線中的位置情況，而將任務(wù)在工作中心上的加工工時(shí)即作為其對(duì)該工作中心的負(fù)荷需求，這將確保任務(wù)被投放之后能夠獲得所需的足額加工能力，但同時(shí)也會(huì)給較后位置的工作中心帶來(lái)虛高的間接負(fù)荷，畢竟在長(zhǎng)工藝路線環(huán)境下任務(wù)并不一定能夠在當(dāng)前周期到達(dá)這些較后的工作中心。擬采取的應(yīng)對(duì)方法是:為了確保少數(shù)關(guān)鍵任務(wù)能提前獲得足額的加工能力，適宜采用傳統(tǒng)WLC方法;非關(guān)鍵任務(wù)對(duì)工作中心的負(fù)荷貢獻(xiàn)最大，需要依據(jù)工作中心在工藝路線中的位置，對(duì)相應(yīng)工時(shí)進(jìn)行合理折算之后再作為其負(fù)荷需求，這樣能減小較后工作中心上的間接負(fù)荷，從而極大提高負(fù)荷均衡化效果；由于工裝任務(wù)的工藝路線和加工工時(shí)普遍較短，它們既不會(huì)對(duì)總體負(fù)荷均衡帶來(lái)太大影響，同時(shí)還可以利用它們的靈活投放來(lái)充分利用臨時(shí)閑置產(chǎn)能，所以不考慮它們所產(chǎn)生的間接負(fù)荷。
[0041]四、柔性工序交貨期動(dòng)態(tài)計(jì)算，圖5給出了任務(wù)的ODD動(dòng)態(tài)計(jì)算過(guò)程。首先通過(guò)關(guān)鍵任務(wù)的投放或轉(zhuǎn)序連續(xù)觸發(fā)其預(yù)計(jì)完成時(shí)間的估計(jì)計(jì)算(基于順排方法)，然后以該時(shí)間作為模具裝配的開始時(shí)間，依據(jù)模具裝配結(jié)構(gòu)和裝配工序預(yù)計(jì)生產(chǎn)工期計(jì)算其它非關(guān)鍵任務(wù)開始裝配的時(shí)間(其即為任務(wù)加工階段的交貨期)，再以該時(shí)間為起點(diǎn)計(jì)算已投放非關(guān)鍵任務(wù)各道工序的交貨期(基于倒排方法)，最后依據(jù)關(guān)鍵任務(wù)與非關(guān)鍵任務(wù)的ODD確定工裝任務(wù)的交貨期，具體包括:
柔性順排方法與柔性倒排方法:柔性順排基本思路:基于原始順排方法計(jì)算關(guān)鍵任務(wù)的最后一道工序的0DD，如果該ODD小于模具項(xiàng)目計(jì)劃規(guī)定的交貨期DD，則按比例放大其每道工序的工期，從而補(bǔ)償平均等待時(shí)間AWT或加工工時(shí)PT的可能估計(jì)誤差;如果該ODD大于交貨期DD，則用最小等待時(shí)間重新基于順排方法計(jì)算最后一道工序的0DD，如果該ODD仍大于DD，則以該ODD作為其最終交貨期，否則則按比例縮小其每道工序的工期，從而使該任務(wù)具有更緊迫的ODD。柔性倒排基本思路:基于原始倒排方法計(jì)算非關(guān)鍵任務(wù)的第一道未開工工序的計(jì)劃開始時(shí)間PRD，再依據(jù)該P(yáng)RD與任務(wù)實(shí)際投放時(shí)間或轉(zhuǎn)序時(shí)間的差異，按比例放大或縮小其每道工序的工期。
[0042]多套模具并行裝配環(huán)境下的任務(wù)交貨期計(jì)算問(wèn)題，模具裝配單元往往同時(shí)有多套模具并行裝配，傳統(tǒng)模具制造的裝配周期普遍較短，所以通常基于無(wú)限能力方法計(jì)算任務(wù)的裝配開始時(shí)間。但在高精模具制造中，其裝配周期往往較長(zhǎng)，對(duì)關(guān)鍵資源(有經(jīng)驗(yàn)的鉗裝師傅)的依賴性也更強(qiáng)，此類模具裝配單元就可能成為一類復(fù)雜的人工作業(yè)系統(tǒng)，此時(shí)適應(yīng)傳統(tǒng)制造環(huán)境的無(wú)限能力方法可能會(huì)失去效力，因而需要采用具有更高復(fù)雜度的有限能力方法。
[0043]五、仿真驅(qū)動(dòng)的耦合控制參數(shù)優(yōu)化;任務(wù)的投放周期與工作中心的負(fù)荷上界是本發(fā)明所提出的生產(chǎn)控制方法的關(guān)鍵控制參數(shù)，能否對(duì)它們進(jìn)行合理設(shè)定將直接或間接影響上述優(yōu)化方法的有效性。解決該問(wèn)題的困難在于:一是兩個(gè)參數(shù)之間具有緊密耦合關(guān)聯(lián)(工作中心負(fù)荷上界=投放周期內(nèi)工作中心的額定產(chǎn)能X負(fù)荷加載比)，難以對(duì)兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行解耦優(yōu)化;二是制造系統(tǒng)具有極高復(fù)雜度，難以利用排隊(duì)網(wǎng)等數(shù)學(xué)工具進(jìn)行建模優(yōu)化;三是參數(shù)設(shè)定需要滿足高可變制造環(huán)境的日常運(yùn)作需求?？紤]到仿真技術(shù)具有極強(qiáng)的復(fù)雜制造系統(tǒng)建模能力，而ABC算法作為一類群體智能算法又具有較快的收斂速度，擬將它們進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，構(gòu)造一類解決上述耦合參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題的有效方法，其框架如圖6所示，主要包含車間運(yùn)作模擬仿真模型、指標(biāo)分析器以及ABC算法三個(gè)互相聯(lián)系的部分。
[0044]現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)的任務(wù)投放發(fā)生即觸發(fā)耦合參數(shù)優(yōu)化決策，目標(biāo)是確定下一次進(jìn)行任務(wù)投放的時(shí)點(diǎn)及相應(yīng)的工作中心負(fù)荷上界。先以簡(jiǎn)單原則產(chǎn)生一個(gè)投放周期T(如逐天遞增法)，ABC算法獲取實(shí)際制造車間上一投放周期的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并據(jù)此進(jìn)行投放周期T下的種群初始化以及將其表示的負(fù)荷上界信息輸入仿真模型中，仿真模型獲取實(shí)際制造車間的當(dāng)前情景，然后以周期T將任務(wù)池中的當(dāng)前任務(wù)進(jìn)行模擬投放，直至任務(wù)池中所有任務(wù)投放完成，此時(shí)指標(biāo)分析器則獲取仿真結(jié)果數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，然后將作為適應(yīng)度函數(shù)值的相關(guān)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)輸入ABC算法，其將基于輸入的適應(yīng)度值進(jìn)行相關(guān)的尋優(yōu)搜索，產(chǎn)生新的種群之后又重復(fù)上述過(guò)程，直至滿足終止條件為止，輸出的結(jié)果即為投放周期T所對(duì)應(yīng)的最佳負(fù)荷上界。通過(guò)不斷產(chǎn)生新投放周期執(zhí)行上述決策過(guò)程，就可以獲得各種周期下的最佳負(fù)荷上界及其對(duì)應(yīng)的相關(guān)性能指標(biāo)，其中最佳性能指標(biāo)對(duì)應(yīng)的周期與負(fù)荷上界即為所求的最優(yōu)參數(shù)。上述決策方法充分考慮了當(dāng)前生產(chǎn)情況，雖然在任務(wù)池任務(wù)量較多時(shí)仍將非常耗時(shí)，但由于其可以在線下運(yùn)行從而能緩解此種矛盾。
[0045]六、建立規(guī)則導(dǎo)向的受擾響應(yīng)序列生成器，具體包括:
隨機(jī)干擾影響及受擾系統(tǒng)狀態(tài)演化過(guò)程分析:盡管前述松散耦合控制網(wǎng)絡(luò)能夠使制造系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)健性，但復(fù)雜模具制造過(guò)程中仍然有諸多隨機(jī)干擾因素，如與任務(wù)相關(guān)的返修、交期變更、工程變更、任務(wù)暫停/取消、緊急插單，與資源相關(guān)的機(jī)器損壞/修復(fù)等，不同干擾的影響往往不同，而即便是同一種干擾也可能有不同的影響，如關(guān)鍵任務(wù)返修的影響要比非關(guān)鍵任務(wù)返修的影響大很多。如果將制造系統(tǒng)在受到一類干擾影響下的情境認(rèn)為是一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)，則依據(jù)干擾的影響范圍，該狀態(tài)將向其它狀態(tài)進(jìn)行演化，而系統(tǒng)處于不同狀態(tài)時(shí)又需要控制網(wǎng)絡(luò)采用不同的響應(yīng)活動(dòng)，所以首先需要對(duì)復(fù)雜模具制造系統(tǒng)的眾多隨機(jī)干擾進(jìn)行分類并分析其影響范圍和程度，再據(jù)此總結(jié)出制造系統(tǒng)受不同干擾時(shí)的各種狀態(tài)以及不同狀態(tài)之間的演化路徑。
[0046]“干擾事件-系統(tǒng)狀態(tài)-響應(yīng)活動(dòng)”之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的映射規(guī)則構(gòu)建:為了確保針對(duì)受擾系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)響應(yīng)活動(dòng)序列生成的快速性，可能較難以應(yīng)用自適應(yīng)控制領(lǐng)域中常用的諸如Q學(xué)習(xí)、BP網(wǎng)絡(luò)等耗時(shí)方法，而規(guī)則方法在運(yùn)行速度方面則具有較大優(yōu)勢(shì)。所以本發(fā)明將預(yù)先構(gòu)建“干擾事件-系統(tǒng)狀態(tài)-響應(yīng)活動(dòng)”之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的映射規(guī)則庫(kù)，當(dāng)制造系統(tǒng)受到干擾時(shí)能夠通過(guò)規(guī)則引導(dǎo)快速生成響應(yīng)活動(dòng)序列。但此種方法的效果將取決于預(yù)設(shè)規(guī)則的粒度與精度，決策者可以在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷修改或添加規(guī)則。
[0047]規(guī)則導(dǎo)向的聯(lián)動(dòng)響應(yīng)活動(dòng)序列生成:當(dāng)制造系統(tǒng)中有干擾產(chǎn)生時(shí)，依據(jù)干擾導(dǎo)致的制造系統(tǒng)情境匹配出所有相關(guān)聯(lián)的規(guī)則，再由規(guī)則導(dǎo)向生成一個(gè)帶權(quán)有向圖(WeightedDirected Graph，簡(jiǎn)稱WDG)，其即表示一個(gè)聯(lián)動(dòng)響應(yīng)活動(dòng)序列，WDG中節(jié)點(diǎn)代表系統(tǒng)狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的有向邊表示響應(yīng)活動(dòng)，邊的權(quán)重則表示響應(yīng)活動(dòng)涉及的參數(shù)。此種方法中，如果規(guī)則的粒度較粗，則響應(yīng)活動(dòng)范圍將較大，最極端情況是控制網(wǎng)絡(luò)中所有模塊都被激發(fā)，此時(shí)系統(tǒng)將需要較長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間，反之又會(huì)使WDG的生成過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，不利于系統(tǒng)做出及時(shí)的響應(yīng)控制，所以需要建立規(guī)則粒度合理性的評(píng)價(jià)方法。
[0048]本發(fā)明建立的模具生產(chǎn)過(guò)程HPP自適應(yīng)控制方法，具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、設(shè)計(jì)了更具魯棒性的基于松散耦合控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行機(jī)制:面向負(fù)荷總體均衡與動(dòng)態(tài)均衡設(shè)計(jì)了推式負(fù)荷均衡化控制機(jī)制，面向動(dòng)態(tài)進(jìn)度協(xié)同與多目標(biāo)生產(chǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)了拉式作業(yè)分派與協(xié)同控制機(jī)制，并通過(guò)關(guān)聯(lián)優(yōu)化決策與多視圖看板呈現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了推拉機(jī)制的內(nèi)在及外在耦合。
[0049]2、構(gòu)建了更具復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境適應(yīng)性的優(yōu)化方法:考慮高度工藝路線柔性與工時(shí)不確定性，構(gòu)建了綜合工藝規(guī)劃的投放任務(wù)選擇方法;考慮模具裝配物料需求的漸增齊套性，以及任務(wù)/工序加工進(jìn)度之間復(fù)雜的動(dòng)態(tài)協(xié)同性，構(gòu)建了柔性O(shè)DD動(dòng)態(tài)計(jì)算方法;考慮關(guān)鍵控制參數(shù)需要適應(yīng)高可變制造系統(tǒng)的日常運(yùn)作需求，構(gòu)建了仿真驅(qū)動(dòng)的耦合控制參數(shù)優(yōu)化的群體智能算法。
[0050]3、建立了更具快速性的響應(yīng)活動(dòng)序列生成器:基于受擾系統(tǒng)的狀態(tài)演化過(guò)程，建立了“干擾事件、系統(tǒng)狀態(tài)及響應(yīng)活動(dòng)”之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的規(guī)則映射方法，并通過(guò)規(guī)則導(dǎo)向快速生成聯(lián)動(dòng)響應(yīng)活動(dòng)序列，驅(qū)動(dòng)受擾系統(tǒng)快速回歸穩(wěn)態(tài)。
[0051]綜上，本發(fā)明能夠突破推拉混合式控制方法在高度可變與復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境中的應(yīng)用局限性，豐富了現(xiàn)有非重復(fù)性制造過(guò)程的生產(chǎn)控制系統(tǒng)理論，提出了解決復(fù)雜模具生產(chǎn)過(guò)程控制難題的新思路與新方法。本發(fā)明在工業(yè)中的應(yīng)用，不僅能夠通過(guò)提高生產(chǎn)控制自動(dòng)化水平來(lái)加快模具企業(yè)向高精模具制造轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升我國(guó)模具行業(yè)的整體服務(wù)水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，還能夠?yàn)槠渌鼏渭∨恐圃炱髽I(yè)的復(fù)雜生產(chǎn)控制問(wèn)題提供值得借鑒的解決思路與解決方法，具有廣泛的工程應(yīng)用前景。
[0052]最后所應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 一、建立基于動(dòng)態(tài)看板的推式負(fù)荷均衡化控制機(jī)制，包括任務(wù)投放控制機(jī)制與任務(wù)轉(zhuǎn)序控制機(jī)制，具體還包括: 1)周期性與連續(xù)性結(jié)合的投放觸發(fā)機(jī)制； 2)動(dòng)態(tài)看板的工序卡“綁定-釋放”機(jī)制； 3)動(dòng)態(tài)看板的工序卡和狀態(tài)卡更新機(jī)制； 二、建立基于動(dòng)態(tài)看板的拉式作業(yè)分派與協(xié)同機(jī)制，具體包括: 1)總體與局部聯(lián)合牽引機(jī)制； 2)規(guī)則調(diào)度與動(dòng)態(tài)批調(diào)度聯(lián)合決策機(jī)制； 三、建立綜合工藝規(guī)劃的投放任務(wù)選擇模型，具體包括: 1)構(gòu)建參與優(yōu)化選擇的任務(wù)集合； 2)考慮多工藝路線的最優(yōu)投放任務(wù)選擇整數(shù)規(guī)劃模型； 3)工序卡的負(fù)荷大小估算； 四、柔性工序交貨期動(dòng)態(tài)計(jì)算，具體包括: 1)確定柔性順排方法與柔性倒排方法； 2)多套模具并行裝配環(huán)境下的任務(wù)交貨期計(jì)算； 五、仿真驅(qū)動(dòng)的耦合控制參數(shù)優(yōu)化； 六、建立規(guī)則導(dǎo)向的受擾響應(yīng)序列生成器，具體包括: 1)隨機(jī)干擾影響及受擾系統(tǒng)狀態(tài)演化過(guò)程分析； 2)構(gòu)建“干擾事件-系統(tǒng)狀態(tài)-響應(yīng)活動(dòng)”之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的映射規(guī)則； 3)規(guī)則導(dǎo)向的聯(lián)動(dòng)響應(yīng)活動(dòng)序列生成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法，其特征在于，在步驟一中，所述周期性與連續(xù)性結(jié)合的投放觸發(fā)機(jī)制中增加選擇到使負(fù)荷更加均衡的任務(wù)的機(jī)率，依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況設(shè)定最佳的投放周期長(zhǎng)度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法，其特征在于，在步驟二中，所述總體與局部聯(lián)合牽引機(jī)制的總體牽引是一個(gè)基于工序交貨期指引工作中心進(jìn)行生產(chǎn)加工的過(guò)程，其體現(xiàn)的是對(duì)準(zhǔn)時(shí)性的單目標(biāo)優(yōu)化;局部牽引是一個(gè)基于熱處理生產(chǎn)需求指引前工序工作中心進(jìn)行生產(chǎn)加工的過(guò)程，其體現(xiàn)的是對(duì)準(zhǔn)時(shí)性與節(jié)能性的雙目標(biāo)優(yōu)化，局部牽引的優(yōu)先級(jí)高于總體牽引。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法，其特征在于，在步驟四中，所述柔性順排方法基于原始順排方法計(jì)算關(guān)鍵任務(wù)的最后一道工序的工序交貨期，如果該工序交貨期小于模具項(xiàng)目計(jì)劃規(guī)定的交貨期，則按比例放大其每道工序的工期，從而補(bǔ)償平均等待時(shí)間AWT或加工工時(shí)PT的可能估計(jì)誤差;如果該工序交貨期大于交貨期，則用最小等待時(shí)間重新基于順排方法計(jì)算最后一道工序的工序交貨期，如果該工序交貨期仍大于交貨期，則以該工序交貨期作為其最終交貨期，否則則按比例縮小其每道工序的工期;柔性倒排方法基于原始倒排方法計(jì)算非關(guān)鍵任務(wù)的第一道未開工工序的計(jì)劃開始時(shí)間PRD，再依據(jù)該P(yáng)RD與任務(wù)實(shí)際投放時(shí)間或轉(zhuǎn)序時(shí)間的差異，按比例放大或縮小其每道工序的工期。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)看板的模具生產(chǎn)過(guò)程自適應(yīng)控制方法，其特征在于，在步驟五中，所述仿真驅(qū)動(dòng)的耦合控制參數(shù)優(yōu)化先以簡(jiǎn)單原則產(chǎn)生一個(gè)投放周期，并據(jù)此進(jìn)行投放周期下的種群初始化以及將其表示的負(fù)荷上界信息輸入仿真模型中，仿真模型獲取實(shí)際制造車間的當(dāng)前情景，然后以周期將任務(wù)池中的當(dāng)前任務(wù)進(jìn)行模擬投放，直至任務(wù)池中所有任務(wù)投放完成。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK105974891SQ201610030031
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年1月18日
【發(fā)明人】劉建軍, 胡常偉, 陳慶新, 毛寧, 梁祖紅
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)