[发明专利]考虑工件报废的装配线建模与性能评估方法

说明书

本发明提出了一种考虑工件报废的装配线建模与性能评估方法，所适用的装配线为具有加工质量问题的离散生产系统，且各工位具有相同的生产节拍。所述方法包括将加工工位的质量合格率设定为1，解决加工工位和质量检测工位参数不同的问题；两工位一缓冲装配线的系统状态识别和状态转移方程的构建和求解，得到系统性能指标的精确解；多工位装配线分解方程的建立和求解，得到系统性能指标的近似解。所提供的方法在计算生产系统的生产率和在制品数量方面具有较高的准确性。

技术领域

本发明涉及装配线生产系统的建模与性能评估领域。

背景技术

装配线生产系统性能分析旨在利用数学模型刻画生产过程，揭示系统运行和演化的客观基本规律，是生产系统性能客观评价、效益衡量的直接手段，是生产系统产能提升、精益设计的重要依据，对于生产系统的控制具有重要指导意义。

装配线生产系统性能分析常用方法包括仿真方法和解析方法。仿真方法适用于复杂的生产线，主要通过建立仿真模型，模拟生产线的运行，得到系统性能指标。解析方法通过建立数学模型，刻画工位可靠性、质量特性以及缓冲区容量等参数与生产线生产率以及平均在制品数量之间的关系。解析方法进一步分为精确解析方法和近似分析方法。精确解析方法适用于简单的两工位一缓冲生产线，主要通过建立马尔可夫状态转移方程，得到产线状态的稳态概率分布，进而计算得到性能指标；近似分析方法适用于工位数量较多的生产线，主要通过调用两工位生产线的稳态解进行递归迭代，最后得到多工位生产线的近似解。近似分析方法又分为分解方法和聚合方法。分解方法将原生产线分解为多个两工位构建块，根据上下游构建块之间关系，建立分解方程，构建迭代算法求解系统性能指标。聚合方法将两工位构建块等效为单个工位，调用两工位构建块解析模型，通过前向聚合和后向聚合过程交替进行递推迭代直至满足收敛条件，获得系统生产率和平均在制品数量等性能指标。

质量问题及其他扰动因素如工位随机故障、物料供应短缺、紧急订单插入等，使生产系统成为一个随机的、不可靠的复杂系统。这些扰动因素不仅能通过阻碍工位的加工影响工位自身的产出，还会通过缓冲区沿着生产线上游和下游进行传播，影响相邻工位及其他工位的正常运行，造成系统产能的损失。缓冲区的存在虽然减缓了这种扰动传播影响，但缓冲区容量的有限性导致其并不能完全消除扰动传播的影响。扰动事件的随机性与缓冲容量的有限性相耦合使得生产系统的输入输出呈现出非线性变化关系，导致系统生产动态难以预测、投入产出比难以计算。现有的性能分析解析方法主要集中于工位可靠性和缓冲容量等特征参数对系统性能的影响。加工和质量的耦合影响研究较少，尤其是质量不合格工件的处理对系统状态转移的影响，目前还没有相关研究。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种考虑工件报废的装配线建模与性能评估方法，装配线如图1所示，建立两工位构建块精确解析模型和多工位近似分析模型以评估该装配线的生产率和平均在制品数量，主要包含以下内容：

(1)考虑工件报废的两工位构建块解析模型

针对考虑工件报废的两工位一缓冲构建块，采用解析方法进行建模。考虑工件报废对系统稳定状态转移的影响，建立系统状态转移方程，求解得到系统稳态概率分布，进而计算得到系统各项性能指标。

(2)考虑工件报废的多工位生产线近似模型

针对考虑工件报废的多工位装配线，采用近似分析方法进行建模。采用分解方法将多工位装配线分解为多个两工位构建块，建立上下游两工位构建块之间的流守恒和流修复方程。通过调用两工位构建块的性能指标循环迭代对多工位装配线的流守恒和流修复方程进行了求解，并通过对仿真实验对比，对分解模型的有效性进行了验证。

本发明的技术方案为：

所述一种考虑工件报废的装配线建模与性能评估方法，包括以下步骤：

步骤1：确定装配线结构布局和参数；

步骤2：建立两工位一缓冲构建块状态转移方程；