[发明专利]多产品脉动装配线建模与性能评估方法

说明书

本发明提出了一种多产品脉动装配线建模与性能评估方法，涉及生产系统建模与性能评估领域。针对多产品脉动装配线，提出缓冲分割策略，并提供两工位脉动装配线性能评估的精确解析方法和多工位脉动装配线性能评估的聚合方法，用于评估脉动装配线的生产率和在制品水平等性能指标。具体地，针对考虑缓冲分割策略的两工位脉动装配线，分析系统状态空间，通过提取系统状态之间相互转化的关系方程，基于马尔可夫过程建立解析模型，求解获得系统性能指标；针对考虑缓冲分割策略的多工位脉动装配线，提出性能评估的聚合方法以求解系统性能指标，并通过仿真实验验证了方法的正确性和有效性。

技术领域

本发明涉及生产系统的建模与性能评估领域。

背景技术

生产系统性能评估旨在利用数学模型研究客观生产系统的基本性质和运行规律，并利用这些性质和规律对生产系统进行性能分析、持续改进和精益设计，其研究难点主要来自于机器的不可靠性和缓冲区容量的有限性。机器故障可能使上游机器因机器间缓冲无剩余空间而产生阻塞，同时使下游机器因无零件加工而产生饥饿，从而影响生产系统正常运行。机器故障使得系统具有随机性，机器间的缓冲使系统中各机器之间具有相依性。随机性和相依性两者相耦合使得生产系统内部各个组成部分之间的影响演化为非线性关系，在数学上可以归类为非线性随机系统。而机器间的缓冲能够降低系统发生饥饿、阻塞的频率，减少生产线的效率损失。

解析和仿真是生产系统工程中两种重要的性能评估方法。解析方法面向同一类问题，不仅能够快速地提供较为一致的解决方案，而且能够深入地揭示生产系统运作机理，但是一般只能分析较为简单的生产单元；仿真方法无法提供通用的解决方案，但能够考虑生产扰动等更多实际因素，并能够对现实中常见的更为复杂的生产系统进行模拟仿真与分析。

脉动装配线同时生产多种产品时，通过在每个装配工位内快速切换工艺设备来实现不同产品之间转换，这些产品共同占用工位间缓冲区以满足下游工位的生产需求。因此，工位间缓冲区的有限容量能否合理利用将直接关系到脉动装配线的效能，因此，考虑缓冲分割的的脉动装配线建模与性能评估，是进行脉动装配线分析的重要手段。

发明内容

要解决的技术问题

对于考虑缓冲分割策略的脉动装配线进行建模与性能评估，存在以下三个问题：

1、如何构建考虑缓冲分割策略的两工位脉动装配线解析模型；

2、如何求解考虑缓冲分割策略的两工位脉动装配线解析模型；

3、如何评估考虑缓冲分割策略的多工位脉动装配线性能。

技术方案

面对上述3个问题，本发明提出一种多产品脉动装配线建模与性能评估方法，针对多产品脉动装配线，提出根据产品类型对缓冲区进行划分的缓冲分割策略，综合利用解析和仿真方法分析缓冲分割策略对脉动装配线性能的影响，以最大限度地降低系统的产能损失，对揭示产线高效产出的运作机理、丰富生产与运作控制手段、提升生产效能等具有重要的支撑作用和研究应用价值。本发明分析思路与方法不仅为生产过程控制提供科学的客观的决策依据，而且为脉动装配线性能提升提供可操作的研究框架。

具体的，对于构建模型问题，本发明提出缓冲分割策略，针对考虑缓冲分割策略的两工位脉动装配线，分析系统状态空间，通过提取系统状态之间相互转化的关系方程，并基于马尔可夫过程建立解析模型。

对于求解模型问题，本发明建立考虑缓冲分割策略的两工位脉动装配线的性能指标评估体系，提出性能指标的求解方法，并通过对比实验验证解析模型的有效性和准确性。

对于评估性能问题，本发明针对考虑缓冲分割策略的多工位脉动装配线，提出性能评估的聚合方法，评估脉动装配线的生产率和在制品水平等性能指标，并通过与仿真模型进行对比验证方法的有效性。

下面给出本发明的具体步骤：