[发明专利]一种基于数字孪生的混流装配车间快速重构方法及系统

说明书

本发明属于工厂虚拟仿真相关技术领域，其公开了一种基于数字孪生的混流装配车间快速重构方法及系统，该方法包括以下步骤：(1)构建混流装配车间的数字孪生车间模型；(2)采用构建的混流装配线仿真模型来求解混流装配线设计与平衡问题，以获得最佳装配工位任务分配方案；并采用构建的物料存储区仿真模型来求解获得最佳配料区储位物料分配方案，进而基于该最佳装配工位任务分配方案及该最佳配料区储位物料分配方案来设计试验，以求解得到最佳物料配送系统方案；(3)采用该数字孪生车间模型来对步骤(2)得到的混流装配车间重构方案进行仿真模拟验证与人工检验调整，以得到最佳重构方案。本发明高效且使用，灵活性较高，提高了重构效率。

技术领域

本发明属于工厂虚拟仿真相关技术领域，更具体地，涉及一种基于数字孪生的混流装配车间快速重构方法及系统。

背景技术

在市场多样化需求和激烈的竞争环境下，针对产品种类多、切换频繁、各品种产品波动大等问题，企业装配车间普遍采用混流制造技术，即通过设计柔性工艺、研发柔性工装设备、培训多技能员工、平衡混流装配线、引入自动化物料配送系统、采用JIT拉式生产模式、以及信息化计划管控等一系列先进的技术和管理方法，以减少生产辅助时间，降低生产中的物流、库存等成本，提高了生产效率。尽管混流装配车间相对于传统生产模式有了较大的改进和提高，但在多品种小批量订单驱动下，车间必然进行不断调整，不可能保持长期的稳定，工艺流程的调整、装配线工位和设备的布局变化、以及物料配送系统的变更在所难免。

混流装配车间快速重构主要解决多品种订单调整下的混流装配线平衡、装配件存储布局、物流配送系统参数设计、制造资源配置调整与整体方案的检验调试等问题。在传统的混流装配车间重构中，方案的设计改进主要依赖相关人员的经验，带有一定的盲目性和随机性，对重构方案的评价往往停留在定性分析层面上。随着运筹学与计算机技术的发展，研究者们引入数学建模和寻优算法等方法来进行方案优化设计，但由于实际装配系统往往十分复杂，多个子系统之间相互作用影响，存在订单产品数量等较大的随机性，且通常同时存在多项优化目标，数学模型过于简化抽象，难以表达实际复杂系统，设计的方案不易修改，需要较长的试运行时间来达到稳定生产，严重限制了混流装配车间的适应能力。相应地，本领域存在着发展一种速度较快的混流装配车间快速重构方法及系统的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于数字孪生的混流装配车间快速重构方法及系统，其基于混流装配车间的重构特点，研究及设计了一种速度较快的基于数字孪生的混流装配车间快速重构方法及系统。本发明通过构建数字孪生模型来实现混流装配车间的快速重构，提高了效率及适用性，灵活性较好，解决了车间重构混流双边装配线平衡问题、配料区物料布局问题、物料配送系统参数优化问题三大关键问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于数字孪生的混流装配车间快速重构方法，该重构方法包括以下步骤：

(1)构建混流装配车间的数字孪生车间模型，所述数字孪生车间模型包含装配线仿真模型和物料存储区仿真模型；

(2)采用构建的混流装配线仿真模型设计相应的遗传算法来求解混流装配线设计与平衡问题，以获得最佳装配工位任务分配方案；并采用构建的物料存储区仿真模型来求解配料区布局问题以获得最佳配料区储位物料分配方案，进而基于所述最佳装配工位任务分配方案及所述最佳配料区储位物料分配方案来设计试验，以求解物料配送系统参数优化问题，由此得到最佳物料配送系统方案；

(3)采用所述数字孪生车间模型来对步骤(2)得到的混流装配车间重构方案进行仿真模拟验证与人工检验调整，以得到最佳重构方案。

进一步地，步骤(1)中，获取并分析装配车间布局、工位设备、存储、配料、物流及工艺信息以对装配线、物料存储区、物料配送系统、生产物流规则及车间整体进行参数化建模，且建立仿真模型与物理车间互联互通机制，并进行模型编译、调试和完善，由此获得数字孪生车间模型。