[发明专利]具有专用缓冲区的柔性离散制造系统暂态性能预测方法

权利要求书

1.具有专用缓冲区的柔性离散制造系统暂态性能预测方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1：对具有专用缓冲区的柔性离散制造系统进行系统建模，所述系统为具有专用缓冲区和伯努利机器依次串行而成的柔性生产线；所述系统建模主要包括：确定系统参数、系统状态、生产顺序；所述系统参数包括系统基本参数、系统加工周期、伯努利机器可靠性模型、缓冲区参数；系统状态包括伯努利机器饥饿状态、伯努利机器阻塞状态、系统运行状态、系统调试状态；

步骤2：根据系统模型和实际工程需要定义暂态性能指标，所述暂态性能指标包括生产率、消耗率、在制品库存水平、机器饥饿率、机器阻塞率、批次完成时间；

步骤3：构建由Q个M机生产线组成的辅助生产线1；

步骤4：构建由Q个M机生产线组成的辅助生产线2；

步骤5：构建由Q·M个单机生产线组成的辅助生产线3和由M-1个双机生产线组成的辅助生产线4，并将两组辅助生产线组合；

步骤6：根据步骤5所述的辅助生产线3、辅助生产线4及系统模型，计算所述的两条辅助生产线的参数，所述参数包括辅助生产线3中伯努利机器效率和辅助生产线4中伯努利机器的效率和

步骤7：根据步骤1至步骤6的分析结果，对系统进行高精度暂态性能解析预测，提高暂态性能指标预测精度和效率；所述的暂态性能指标包括生产率、消耗率、在制品库存水平、机器饥饿率、机器阻塞率、批次完成时间；

步骤1实现方法为，

步骤1.1：确定生产系统基本参数；

所述系统能够生产Q种类型的产品，表示为种类j；所述系统由M台伯努利机器和Q·(M-1)个专用缓冲区组成；伯努利机器由m_i表示，专用缓冲区由b_i，j表示；

步骤1.2：确定系统加工周期；

所有的伯努利机器有相同且时不变的加工周期τ，以加工周期τ为单位对时间轴进行分段；

步骤1.3：确定伯努利机器可靠性模型；

所有的伯努利机器服从伯努利机器可靠性模型：如果伯努利机器m_i，i＝1，2，…，M，在生产种类j，j＝1，2，…，Q，产品过程中，既不阻塞也不饥饿，所述伯努利机器在一个加工周期生产一个工件的概率为p_i，j，p_i，j∈(0，1)；与此同时，没能生产一个工件的概率为1-p_i，j；参数p_i，j被定义为伯努利机器m_i生产种类j工件的效率；

步骤1.4：确定伯努利机器饥饿状态；

在一个加工周期内，如果伯努利机器m_i处于工作状态，i＝2，3，…，M，但伯努利机器m_i上游专用缓冲区b_i-1，j，j＝1，2，…，Q，在前一加工周期结束时为空，则该伯努利机器在所述加工周期处于饥饿状态；

步骤1.5：确定伯努利机器阻塞状态；

在一个加工周期内，如果伯努利机器m_i处于工作状态，i＝1，2，…，M-1，但伯努利机器m_i下游专用缓冲区b_i，j，j＝1，2，…，Q，在前一加工周期为满，并且伯努利机器m_i的下游伯努利机器m_i+1在该加工周期开始时无法从该专用缓冲区提取工件进行加工，则该伯努利机器在所述加工周期处于阻塞状态；伯努利机器m_M不会处于阻塞状态；

步骤1.6：确定专用缓冲区参数；

每一个专用缓冲区b_i，j，i＝1，2，…，M-1，j＝1，2，…，Q，由专用缓冲区容量N_i，j表征，N_i，j∈(0，∞)；专用缓冲区b_i，j专用于种类j的工件；

步骤1.7：确定生产顺序；

种类j，j＝1，2，…，Q，工件共有B_j个需要被加工，所有的伯努利机器在每一种类产品生产结束前，都只生产此类型的工件；所有伯努利机器都按种类序号的递增顺序进行生产：先生产种类1的工件，最后生产种类Q的工件；

步骤1.8：确定系统属于运行状态或调试状 态；

在生产种类j的运行过程状态，共有B_j，j＝1，2，…，Q，个种类j的工件被生产；当种类j，j＝1，2，…，Q-1，的工件生产完成后，进入下一种类生产的调试过程状态；当种类Q的工件被生产完成后，该生产过程结束；伯努利机器m_i，i＝1，2，…，M，生产种类j产品，j＝2，3，…，Q，的调试状态在种类j的运行状态之前，持续t_set，i，j个加工周期；由于生产过程开始前，种类1的调试已经完成，整数j起始于2；

步骤2实现方法为，

步骤2.1：定义生产率(PR_j(n))；

在加工周期n里，伯努利机器m_M生产种类j，j＝1，2，…，Q，工件数量的期望；

步骤2.2：定义消耗率(CR_j(n))；

在加工周期n里，伯努利机器m₁消耗种类j，j＝1，2，…，Q，工件数量的期望；

步骤2.3：定义在制品库存水平(WIP_i，j(n))；

在加工周期n里，专用缓冲区b_i，j，i＝1，2，…，M，j＝1，2，…，Q，中在制品个数的期望；

步骤2.4：定义机器饥饿率(ST_i，j(n))；

在加工周期n里，伯努利机器m_i，i＝2，3，…，M，在处理种类j，j＝1，2，…，Q，工件的过程中，处于饥饿状态的概率；

步骤2.5：定义机器阻塞率(BL_i，j(n))；

在加工周期n里，伯努利机器m_i，i＝1，2，…，M-1，在处理种类j，j＝1，2，…，Q，工件的过程中，处于阻塞状态的概率；

步骤2.6：定义批次完成时间(CT_i，j)；

机器m_i，i＝1，2，…，M，完成种类j工件生产时，系统已进行加工周期数的期望；

步骤3实现方法为，

根据步骤1建立的系统模型，此生产过程具有“无后效性”，即系统下一个加工周期的状态只与此加工周期状态有关；因此，此随机过程为马尔可夫链；令f_i，j(n)∈{0，1，…，B_j}，i＝1，2，…，M，j＝1，2，…，Q，表示在加工周期n开始时，系统生产种类j工件的数量；将原始的生产线分解为Q条生产线，每条生产线只生产一个种类的产品，将所述Q条生产线称为辅助线1；与原始生产线相比，唯一的不同为辅助生产线1的机器效率为时变的，所述机器效率p′_i，j(n)通过如下公式计算：

其中，P为工件数量。