[发明专利]一种考虑生产线稳定性的工艺路线优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体为一种考虑生产线稳定性的工艺路线优化方法，综合考虑工艺路线约束条件下的加工成本与生产线稳定性，实现对机械产品加工过程的工艺路线的优化。

背景技术

混线生产模式是实际生产普遍采用的一种实现方式，具有多品种小批量生产的特点。复杂产品多品种小批量生产线具有工艺环节多、结构复杂、工序分散、零件周转路径长等特点，是各种复杂因素相互作用和相互影响的复杂系统。生产实际中存在许多导致该系统不稳定的因素，比如设备故障、刀具磨损等随机因素以及工艺规划不合理等将导致设备负载过高、加工延迟等不利现象的产生，继而引发系统灾难性崩溃，因此提高生产线稳定性具有重要的工程应用价值。然而目前工艺路线选择过程大部分追求生产成本降低、产品数量及利润最优等，忽略了生产线稳定性的需求。

文献刘新华,张旭堂,刘文剑，“基于改进最大一最小蚂蚁系统的多工艺流程决策方法”.计算机集成制造系统-CIMS,2008,14(12):2414-2420。通过定义一个非负值的加权简单有向图给出了零件可行性工艺路线图，从而将工艺路线规划问题转化为在可行性工艺路线图中的路径寻优问题，解决了多工艺路线的决策问题。但是该工艺路线决策过程未考虑生产线的稳定性。

文献黄伟军,蔡力钢,胡于进等，“基于遗传算法与有向图拓扑排序的工艺路线优化”.计算机集成制造系统-CIMS,2009,15(9):1770-1779。基于加工特征的优先级约束构建了以加工特征为节点，优先级关系为边的有向图，利用深度优先算法生成加工特征序列。综合考虑了机床成本、刀具成本、换刀成本等。基于图论的工艺路线优化方法受图论理论的限制，无法解决零件数目过大、工艺路线过长时工艺路线优化问题，同时工艺路线优化侧重于降低生产成本、提高生产率等，忽略了生产稳定性的问题。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种考虑生产线稳定性的工艺路线优化方法，该方法克服了传统工艺路线优选过程中片面追求制造成本优化而忽视生产线稳定性的缺点，建立了生产线稳定性指标，追求制造成本降低的同时，考虑生产线工件流阻塞程度的缓解，使得生产线稳定运行，减少潜在的损失。

技术方案

针对复杂产品多品种小批量生产线工艺方案优化问题，本发明首先采用复杂网络理论构建了混线生产网络模型，深入分析了网络拓扑特性。在分析混线生产网络脆弱性和鲁棒性的基础上，考虑设备故障、生产任务安排不合理等造成生产线阻塞的因素，建立了混线生产网络脆性风险熵函数，作为表征生产线稳定性指标，同时考虑制造成本，建立系统优化模型以提高生产线稳定性。

本发明的技术方案为：

所述一种考虑生产线稳定性的工艺路线优化方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤1：建立初始混线生产网络模型：

将由生产线上的制造资源构成的虚拟制造单元抽象成网络节点，并对节点进行编码，得到节点集合V{V_k}，k=1,2,…,n,n为虚拟制造单元个数；由面向加工特征的生产流程集合Pr{Pr_ij}得到面向制造过程的工艺路线，根据工序的优先级约束以及节点编码，生成网络的边，得到有向边集合E{E_kl}，k,l∈V且k≠l；其中生产流程集合Pr{Pr_ij}中，i=1,2,…，m;j=1，2，…,N_i，i表示零件的编号，m表示生产零件的个数，j表示零件i的第j道工序，N_i表示零件i的工艺长度；节点之间的重用关系通过权重W{W_kl}表示；根据得到的节点集合、有向边集合和权重，生成初始混线生产网络；

步骤2：由生产线上的制造资源构成的虚拟制造单元组成系统S={S₁,S₂,…，S_n}，其中子系统S_k因脆性发生崩溃的脆性测度函数f_b(S_k)为设备平均负载率LR_k和制造单元随机性故障概率RP_k的线性函数：所述子系统S_k的随机性故障I包含Z个事件I＝{I₁,I₂,…,I_z),事件I_a发生的概率为p_a，得到制造单元随机性故障概率LR_k服从正态分布，为正态分布的均值；