CN110147596B - 一种航空产品生产能力评估方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种航空产品生产能力评估方法，所述方法包括：按照制造资源属性要素，构建制造资源模型；根据所述制造资源模型的生产负荷，建立制造能力模型；通过矩阵平衡负荷算法，均衡所述制造能力模型中的负荷。

Description

一种航空产品生产能力评估方法

技术领域

本软件发明属于工业制造信息化领域，涉及一种航空产品生产能力评估方法。

背景技术

航空产品生产周期长，过程复杂，影响最终交付的因素很多，任何一个环节，包括生产前的准备，生产过程中每一个工序和流程，外部供应链和客户因素都会直接影响到最终的产品交付时间，在这些因素当中，生产过程控制是主要因素。由于实际的生产系统是一个动态生产环境，存在着大量不确定性因素，往往会导致计划、调度与控制脱节，不能有效协调和均衡的生产。传统生产调度系统作用下的生产加工现场，虽然每个待加工的工件都被分配到指定的加工设备，并按照开始时已经规划好的调度方案进行加工，但由于实际生产情况复杂多变，生产现场工件到达时间随机性和制造过程中随机发生的扰动使得实际生产出现了与原调度方案的偏离，加之加工现场作业流程混乱，导致生产系统不能再按照原有的生产计划正常运行。经过分析发现，主要是由于未按照生产计划对实际生产能力合理评估。一方面，部分设备被多个生产任务抢占，处于超负荷状态，而另外一些设备部分时间段被闲置，处于欠负荷状态；因此，始终保持合理的生产能力评估是整个生产计划能否按计划顺利进行的关键。

目前，现有的生产能力评估的主要技术途径是针对单一制造资源进行建模，解决生产符合不均衡问题，但在实际应用中，效果并不理想。

发明内容

为了解决相应问题，本申请提出了一种航空产品生产能力评估方法。

第一方面，本申请提供一种航空产品生产能力评估方法，所述方法包括：

按照制造资源属性要素，构建制造资源模型；

根据所述制造资源模型的生产负荷，建立制造能力模型；

通过矩阵平衡负荷算法，均衡所述制造能力模型中的负荷。

可选的，根据所述制造资源模型的生产负荷，建立制造能力模型，具体包括：

若生产负荷大于或等于100％，则判断生产负荷为高负荷状态；

若生产负荷等于0￣80％，则判断生产负荷为低负荷状态；

若生产负荷在80％到100％区间，则判断生产负荷为有效负荷状态。

可选的，通过矩阵平衡负荷算法，均衡所述制造能力模型中的负荷，具体包括：

若生产负荷为高负荷状态，则根据所述制造能力模型获得最短路线，根据所述最短路线，将所述生产负荷的高负荷状态调整至有效负荷状态；

若生产负荷为低负荷状态，则根据所述制造能力模型获得最长路线，根据所述最长路线，将所述生产负荷的低负荷状态调整至有效负荷状态。

可选的，所述按照制造资源属性要素，构建制造资源模型，具体包括：

根据所述制造资源的工作单元理论工时和数量关系，构建制造资源模型。

可选的，所述根据所述制造资源模型的生产负荷，建立制造能力模型具体包括：

根据生产工序中的制造资源能力、制造精度、加工方法，建立制造特征、制造精度与加工工时和加工质量的对应关系；

根据所述对应关系建立制造能力模型。

可选的，所述加工方法包括车铣加工方法和铣削加工方法。

可选的，所述制造特征包括：几何特征、材料特征、毛坯特征。

可选的，所述制造资源属性要素至少包括：

设备、物料、工装、工具、产品信息、工艺信息、软件、技术资料。

综上所述，本发明以均衡生产负荷为手段，提高生产能力为目标，通过对现有制造资源分类和建模，建立制造能力模型和评价指标，通过制造资源优化配置，产生新的制造能力模型，使新的制造能力模型与正常的可供的生产能力匹配，达到生产能力评估的改进。

附图说明：

图1是本发明实施例提供的制造模型关联关系图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，首先对生产过程中的制造资源按照固有属性分类，其中，设备、工装、工具定义为制造资源主体资源类，生产物料定义制造对象资源类，制造工艺信息和软件定义为制造方法资源类，产品信息定义为制造结果资源类，并赋予标准工时和数量等属性要素。在生产加工中，这些资源类之间并不是静止的和孤立的，是存在一定动态组合关系的。根据生产加工关系，通过之间的关联组合建立制造资源组合类，包括：工装组合制造资源类和加工设备组合制造资源类，通过逐层分类，构建出制造资源模型，将成为制造资源能力模型的入口。

在制造资源模型的基础上，根据生产加工任务需求，为制造资源模型配置具体的工装，设备和工具等具体的制造资源实体。按照生产工艺和生产周期，为每个制造工序配置制造资源实体或制造资源组合实体，并赋予加工工时、数量等属性数值，使制造资源模型转化成制造资源能力模型。通过制造资源能力模型中的加工工时与标准工时的计算，表示制造资源在该工作时期的生产负荷。

在生产负荷和工艺规程约束下的基础上，通过生产负荷最优化算法对制造能力模型优化，以生产负荷总代价最小为目标优化制造资源的动态合理配置，实现改进生产能力评估。

本方法有以下优点：

通过对航空产品生产过程中的制造资源的分类和定义、建立了动态的制造资源模型。通过制造资源模型的生产负荷的表达和评价构建出制造能力模型。以生产能力均衡为目标、通过矩阵平衡负荷算法对制造能力模型的优化，改进和优化生产过程中制造资源的调度策略，达到制造资源合理优化配置，从而实现生产能力评估的改进，优化过程更贴近实际生产环境。

实施例二

制造资源模型构建是生产负荷分析的基础。制造资源模型构建的主要工作是确定模型的要素、属性描述和分类。在本发明中，制造资源模型是整个生产能力评估过程的基础，通过生产负荷表达方法引用制造资源模型对生产负荷评价构建制造能力模型，制造能力模型是优化生产负荷不均衡的前提和基础，最终通过矩阵平衡负荷算法对制造能力模型优化，寻求最优化设备分配方案。制造模型关联关系如图1所示。

1、按照制造资源属性要素进行分类，构建制造资源模型

首先对制造过程中所涉及的设备、物料、工装、工具、产品信息、工艺信息、软件、技术资料等按照其属性要素进行分类。其中，设备、工装、工具定义为制造主体资源类，加工物料定义为制造对象资源类，工艺信息和软件定义为制造方法资源类，产品信息定义为制造结果资源类，而技术资料用于对上述各类的某些属性作详细的技术说明。其中，生产过程中最主要的制造资源类为制造设备资源类。制造设备资源类：是在车间具有制造能力的资源的抽象，为加工任务提供基本设备保障，主要包括机床、刀具、夹具等实体对象。每一种制造资源类可按照属性要素可做进一步的层次细分，每个层次之间有一定的父子继承关系。这些制造资源类在没有具体生产任务的条件下，是孤立地和静止地，处于离散状态，之间没有任何联系。一旦在具体的航空产品生产制造任务触发下，这些离散的制造资源按照生产加工合作关系迅速建立起面向具体产品的制造资源工作单元，也就是工装组合，同时赋予制造资源工作单元理论工时和数量关系，即构建出制造资源模型。通过给制造资源模型指派具体的设备、工具、工装和知识等，制造资源模型转变成面向实际航空产品生产制造的制造资源实体。在生产能力评估中，制造资源处于系统最低层，是生产活动的基础。因为同样的制造资源由于它的使用方法不同，配置不一样，所呈现的制造能力就不一样，因此为了更好量化具体航空产品生产活动中制造资源的制造能力，通过给制造资源模型赋予一定的属性，使它转化为制造能力模型来衡量制造资源在生产任务中的利用效率。制造能力模型就是为实现一个目标或任务涉及的制造资源和评价指标的集合体，体现对制造资源的配置和整合的能力。因此，通过建立制造能力模型，分析制造工艺与制造资源是否能力匹配。

2、通过对制造资源模型的生产负荷表达和评价建立制造能力模型

制造能力表达方法的核心是对生产工序中的制造资源能力的定义，包括制造精度属性，加工方法属性和生产类型属性的描述。其中制造精度属性表示加工产品精度的具体要求；加工方法属性表示是加工工序进行车铣还是铣削加工；生产类型属性表示该产品是大批量生产还是小批量生产。制造能力表达方法是以制造资源表达为基础，以制造精度为目标，以加工方法为手段，建立制造特征(几何特征、材料特征、毛坯特征)、制造精度与加工工时和加工质量的关系。在实际生产过程中，根据航空产品的制造特征及加工精度要求，首先建立制造工艺总要求，按照制造工艺总要求，进行制造工艺的路线的规划、仿真和优化，根据优化的制造工艺路线分成若干关联的制造加工工序，通过为每个制造工序分配具体的制造资源实体，实际工时和数量属性。

制造能力模型是对生产负荷进行能力评价，通过制造资源标准工时和实际工时，建立制造资源生产负荷评价指标。即加工工时与标准工时的加权平均值表示制造资源在该工序中的生产负荷情况。根据生产负荷情况建立生产能力评价，即生产负荷高于或等于100％表示该时期制造资源被多个生产工序抢占，生产处于超负荷状态，数值上用1表示，生产负荷被评价为高负荷；生产负荷等于0￣80％表示该时期制造资源未被任何生产工序占用或闲置时间较多，处于低负荷状态，数值上用－1表示，生产负荷被评价为低负荷；生产负荷在80％到100％区间，数值上用0表示，此时生产负荷比较均衡，被评价为满负荷即有效负荷。通过以上步骤，制造资源生产负荷均被形式化表达和评价，建立制造能力模型，为矩阵平衡负荷算法提供模型优化的入口。

3、通过矩阵平衡负荷算法对制造能力模型均衡负荷分配

制造能力模型的优化是通过矩阵平衡负荷算法使各台的设备的负荷尽可能相等，达到整体负荷最优，从而实现制造能力模型的优化，最终达到生产能力平衡。

矩阵平衡负荷算法步骤为：

步骤1：完成该加工任务有M台设备，n道生产工序，每个工序至少还有一台或多台设备加工完成。根据制造能力模型，依次获取制造能力模型中的制造设备资源的生产负荷，若该设备负荷较高，利用向量aij＝1表示工序Pi可由Mj台设备完成；若该设备负荷较低，利用向量aij＝－1，表示工序Pi不能由Mj台设备完成；若该设备负荷处于满负荷状态，aij＝0，表示工序Pi能由Mj台设备完成。通过以上为每个矩阵的向量赋值，他们在各台设备的负荷构成矩阵Aij，此时称矩阵A为工序P＝{P1，P2，P3…Pn}负荷矩阵。

步骤2：采用找寻下降最快法在负荷矩阵中第一列中，选择一个极大的aj0，然后在aij0选择一个极大元素ai0j0，依次累加aij，取下降最快的数值序列，确定Pi0不安排给设备Mj0加工，使aj0下降最快，其它依次类推。

步骤3：依次进行m*n消去，使得P1，P2，…Pn只有唯一可供选择的加工设备，从而得到一个生产最优化负荷分配的方案，称设备M＝{M1，M2…Mn}是基于该航空产品生产任务的设备最优化分配方案。通过优化高负荷可得到设备工序使用的最短使用路线，降低设备在工序中的使用负荷，通过优化低负荷可得到设备工序使用的最长使用路线，提高设备在工序的使用负荷，有效解决了生产负荷不均衡的现象。

通过以上矩阵平衡负荷算法，合理地解决了生产负荷不均衡的问题，改进了原有的生产负荷评估手段，达到了预期目的。

Claims (7)

1.一种航空产品生产能力评估方法，其特征在于,所述方法包括：

按照制造资源属性要素，构建制造资源模型；

根据所述制造资源模型的生产负荷，建立制造能力模型；

通过矩阵平衡负荷算法，均衡所述制造能力模型中的负荷，具体包括：

若生产负荷为高负荷状态，则根据所述制造能力模型获得最短路线，根据所述最短路线，将所述生产负荷的高负荷状态调整至有效负荷状态；

若生产负荷为低负荷状态，则根据所述制造能力模型获得最长路线，根据所述最长路线，将所述生产负荷的低负荷状态调整至有效负荷状态；

矩阵平衡负荷算法步骤为：

步骤1：完成加工任务有M台设备，n道生产工序，每个工序至少还有一台或多台设备加工完成；根据制造能力模型，依次获取制造能力模型中的制造设备资源的生产负荷，若设备负荷高，利用向量 aij =1表示工序Pi可由Mj台设备完成；若设备负荷低，利用向量aij =-1，表示工序Pi不能由Mj台设备完成；若设备负荷处于满负荷状态，aij =0，表示工序Pi能由Mj台设备完成；通过以上为每个矩阵的向量赋值，他们在各台设备的负荷构成矩阵Aij ，此时称矩阵A为工序P={P1,P2,P3…Pn}负荷矩阵；

步骤2：采用找寻下降最快法在负荷矩阵中第一列中，选择一个极大的aj0，然后在aij0选择一个极大元素ai0j0 ，依次累加aij，取下降最快的数值序列，确定Pi0不安排给设备Mj0加工，使aj0下降最快，其它依次类推；

步骤3：依次进行m*n消去，使得P1,P2, …Pn只有唯一可供选择的加工设备，从而得到一个生产最优化负荷分配的方案，称设备M={M1, M 2…M n}是基于航空产品生产任务的设备最优化分配方案。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述制造资源模型的生产负荷，建立制造能力模型，具体包括：

若生产负荷大于或等于100%，则判断生产负荷为高负荷状态；

若生产负荷等于0~80%，则判断生产负荷为低负荷状态；

若生产负荷在80%到100%区间，则判断生产负荷为有效负荷状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照制造资源属性要素，构建制造资源模型，具体包括：

根据所述制造资源的工作单元理论工时和数量关系，构建制造资源模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述制造资源模型的生产负荷，建立制造能力模型具体包括：

根据生产工序中的制造资源能力、制造精度、加工方法，建立制造特征、制造精度与加工工时和加工质量的对应关系；

根据所述对应关系建立制造能力模型。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加工方法包括车铣加工方法和铣削加工方法。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述制造特征包括：几何特征、材料特征、毛坯特征。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制造资源属性要素至少包括：

设备、物料、工装、工具、产品信息、工艺信息、软件、技术资料。

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