[发明专利]基于任务的可重组制造系统多态构型优化方法

说明书

技术领域

本发明属于加工制造技术领域，涉及制造系统构型领域的优化方法，尤其是基于任务的可重组制造系统多态构型优化方法。

背景技术

构型优化是可重组制造系统能够经济、快速地响应多样化市场需求的重要环节，可重组制造系统在全生命周期中的每一个生命周期都有不同的任务需求，而每一个任务需求都需要不同的构型与之相匹配。可重组制造系统的构型主要从以下两个方面考虑：设备层构型和系统层构型。设备层构型主要是确定设备模块化构件之间的组合、联接关系；系统层构型主要解决如何根据任务需求变化对系统原有构型进行重组的问题，主要包括：确定工作站数量和每个工作站中并联机床的数量，选择适当的工位操作并将其合理分配至不同的工作站。根据可重组制造系统的可重组性特点，面对任务多态变化的市场需求，快速找到性能可靠、机床利用率高并且成本合理是进行构型优化亟需解决的主要问题。

在可重组制造环境下，多态复杂的任务需求，为系统最优构型的确定带来了一定难度。因此，构型优化的主要特征是具有动态响应性，能够根据市场多变的任务需求，及时对制造系统原有构型进行适当调整。任务分配是进行构型优化的重要步骤之一，其通过对不同的任务选择相应的机床，并把机床分配到各个工作站，一方面可以提高机床利用率；另一方面，合理的任务分配可以有效降低制造系统的重组成本。

经对现有技术的发明文献检索后发现，对于制造系统的构型优化，Defersha等利用模拟退火方法对动态制造系统的配置和生产过程进行规划研究，建立了满足制造系统生产能力和生产功能约束的系统配置模型。Youssef等利用遗传算法对制造系统构型成本进行了优化分析，提出一种通过从离散域决策变量到连续域决策变量进行映射的方法，以降低搜索空间的复杂程度。窦建平等通过获取各生产周期内的最优和K-1个次优（K优）单零件流水线构型，对可重构制造系统进行构型优化研究，将寻求满足功能和产能约束、空间约束和投资限制的K优构形问题建模为关联所有可行工位操作序列的复合增广有向图上的约束K最短路径问题，获得K优解。陈科在传统机械优化的基础上，提出了一种基于熵增理论的优化算法，该算法将系统的演化过程和优化问题在解空间的寻优过程相对应，将系统的构型参数与优化问题的设计变量相对应，以系统的平衡态作为优化设计问题的最优点，以系统熵最大或系统能量最小作为系统收敛的准则，对系统构型进行优化分析。

综合文献的研究概况可以看出，目前对于制造系统构型优化的研究主要集中在理论层面，缺乏实用性。可重组制造系统在重组过程中，面临并需要完成一系列复杂多变的任务，为了快速响应市场需求，必须不断地对制造系统进行任务的分配和再分配。由于任务的多态性是由市场的不确定因素造成的，必须对随机出现的所有任务，建立相应的动态分配机制，并根据任务分配方法和系统优化目标对其进行构型优化分析。因此，在随机任务的基础上，研究对制造系统的构型进行优化分析更具有实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有制造系统构型优化方法的不足，提出一种基于任务的可重组制造系统多态构型优化方法，以解决背景技术中存在的不足。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于任务的可重组制造系统多态构型优化方法，其包括以下步骤：

步骤一，根据市场需求的变化，获取动态任务的特征信息，分析待加工零件的工艺特点，确定任务的优先级别；

步骤二，建立用于描述任务状态变化过程的动态空间模型和用于描述机床数量的机床能力空间模型；

步骤三，建立动态任务空间到机床能力空间的映射关系，在此基础上，利用马尔科夫决策过程为动态任务分配合理的工位操作；

步骤四，根据机床的加工能力信息建立能使机床能力最优的任务分配机制；

步骤五，根据任务分配机制和系统优化目标，建立用于描述任务状态输入输出过程的系统排队模型，并利用ε支配自适应粒子群优化算法对系统构型进行多目标优化分析。

所述可重组制造系统多态构型，是指制造系统中的机床布局结构在不同任务需求下所呈现出的多种状态。

所述市场需求的变化，是指顾客在一定的地区、一定的时间、一定的市场营销环境下对某种产品购买数量的变化或对某种产品设计要求的变化。

所述可重组制造系统动态任务特征，是指制造系统在每一个重组周期内所面临且需要执行的一系列不同的生产任务特征，主要包括：任务需求特征、待加工零件工艺特征、机床配置特征、空间约束特征和成本约束特征等。

所述任务的优先级别，是指工件在加工过程中需要完成的每道工序的先后顺序。