[发明专利]树形结构生产系统的计算机控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及生产系统的加工设备生产速率的计算机控制，尤其是树形结构生产系统(即一个加工设备可以有多个前趋设备，但只有一个后继设备)的计算机控制方法。

背景技术

现有制造系统的生产控制研究，主要集中在单机、双机，以及串行生产系统，而树形结构生产系统的研究较为少见。在实际生产中，树形结构也是生产系统(尤其产品装配系统)常见的结构，由于该系统的复杂性，在采用安全点策略对其进行生产控制时，如何对其安全点进行快速优化，是比较困难的问题。对于单机、双机等比较简单的生产系统，在采用安全点策略进行生产控制时，可以通过数学模型获得最优安全点的解析解，而对于其它更复杂的生产系统，Akella等人在《IEEE Transactions on Automatic Control》(IEEE自动控制杂志)，31(2)，116-126，1986上撰文“Optimal control of production rate in a failure pronemanufacturing system(带故障的制造系统生产率的最优控制)”，该文研究表明建立系统费用的数学模型常常比较困难，最优安全点的解析解也难以获得。

发明内容

本发明的目的是提供一种树形生产系统的计算机控制方法，针对于复杂的树形结构生产系统，采用计算机仿真法求解系统的平均生产费用，再据此对安全点进行优化是一种可行的解决方案。由于运用计算机仿真法求解系统平均费用的计算时间往往较长，因此在对系统安全点进行优化时需要尽量地减少仿真次数，于是，根据树形结构生产系统的特点，设计了一种基于迭代学习的安全点优化方法，以减少优化时间。从而使产品的超产、欠产成本达到最小化。

为实现上述目的，本发明方法技术方案如下：一种树形结构生产系统的计算机控制方法，其特征在于：首先建立树形结构生产系统模型，采用安全点策略对系统仿真器中各加工设备生产速率进行控制，然后采用计算机仿真法求解系统的平均生产费用，在此基础上通过迭代学习器利用迭代学习方法对安全点进行优化得到最优安全点；由包括设有可编程控制器PLC、工控机、基于RFID技术的数据采集终端系统和包括传送机、加工设备在内的生产监控器基于安全点策略对系统的生产进行控制，RFID数据采集终端对生产状态进行实时采集，较之传统的条码技术，RFID技术更加可靠、方便、信息读取速度更快，并且电子标签具有存储功能，可以向它写入相应产品的实时数据状态；PLC通过梯形图编程，将RFID终端设备采集到的数据以及其它附属设备的实时状态数据传输至工控机，同时，PLC还通过开出模块执行由工控机中运行的实时监控系统服务器程序发出的控制指令，完成包括产品、零件的供应与运输、传送机的启停、加工设备的运行操作；工控机运行数据采集服务器程序、实时数据通信程序、生产调度服务器程序，实时监控服务器程序和终端用户操作界面程序，完成实时数据的采集、解释、显示以及生产调度和监控指令的运算。

具体按以下步骤：

(1)由计算机进行迭代学习和实现安全点的优化：

1)初始化安全点；

2)调用系统仿真器中计算机仿真程序以获取给定安全点的生产系统费用和各缓冲区的特征量；

3)如果从输入缓冲区到输出缓冲区的各路径中存在某一零特征量，则扩大相应安全点，调用计算机仿真程序以获取给定安全点的各缓冲区的特征量，直至该零特征量为1；

4)重复步骤2)和3)，直到所有缓冲区的特征量都为1；

5)将各缓冲区的安全点减去其冗余量，调用计算机仿真程序以获取给定安全点的生产系统费用，从而得到各缓冲区都没有缺货时的最小库存量；

6)从输出缓冲区到输入缓冲区，学习器按两分法逐一减小各缓冲区的安全点并由仿真器中计算机仿真程序以获取给定安全点的生产系统费用，从而以一定的缺货损失换取生产系统总费用的减小，直至生产系统总费用达到最小；

7)输出最优安全点到生产监控器；

(2)基于安全点策略对系统的生产进行控制：

1)生产监控器读取生产系统状态；

2)如果某一设备的后置缓冲区中的零部件库存量小于相应的最优安全点，该设备无故障且其所有前置缓冲区中工件无缺货，则该设备按其最大速率进行生产，转步骤5)；

3)如果某一设备的后置缓冲区中的零部件库存量等于相应的最优安全点，该设备无故障且其所有前置缓冲区中工件无缺货，则该设备按维持其后继设备生产所需要的生产速率进行生产，转步骤5)；

4)否则该设备不生产，转步骤5)；

5)对所有设备循环重复步骤1)至4)，直到生产结束。