CN113988407A - 一种工艺变更驱动的产品装配产线重构方法 - Google Patents

一种工艺变更驱动的产品装配产线重构方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工艺变更驱动的产品装配产线重构方法。读取装配产线所有产线作业单元的产线装配资源构成集合；计算产品族、产线作业单元、产线装配资源的适用性，根据适用性判断是否重构扩充：计算单元内资源负荷均衡度和单元间资源负荷均衡度；将单元内资源负荷均衡度最低的产线作业单元进行拆分；计算拆分后产线作业单元间的跨单元间流转装配操作次数，据此进行合并获得新的产线作业单元构型，计算继承性参数值；重复步骤获得以继承性参数值最大的产线作业单元构型进行产品的实施制造。本发明能够适应工艺变更的进行产线作业单元的适应性重构调整，使生产系统在产线装配资源的运行负荷、单元间物料流转等方面达到的最优状态。

Description

一种工艺变更驱动的产品装配产线重构方法
技术领域
本发明属于装配产线设计领域的一种产品产线优化处理方法，特别涉及一种工艺变更驱动的产品装配产线重构方法。
背景技术
为完成在生产过程中产品批量化生产的同时，兼顾新工艺方案产品的生产，满足个性化定制的要求，经常要对现有的生产产线进行工艺变更。工艺的频繁变化要求生产产线可以快速调整，而现阶段的产线设计方法中没有考虑到生产产线构建完成后其产线作业单元动态继承性重构。但在产线变更过程中产线单元的构建必须考虑其结构继承，进行持续性重构，才能在维持多品种变批量混线生产模式下产线运行的同时，将新订单等新的需求加入装配制造工艺中并统筹兼顾生产的效率与柔性，持久有效指导产线运作过程。
发明内容
本发明的目的是解决上述技术问题，提出一种工艺变更驱动的产品装配产线重构方法，能够适应工艺变更的进行产线作业单元的适应性重构调整，使生产系统在产线装配资源的运行负荷、单元间物料流转等方面达到的最优状态。
本发明所采用的技术方案为：
S1、读取装配产线所有产线作业单元的产线装配资源构成集合ui＝{r1，r2，...rj}，ui表示第i条产线作业单元的产线装配资源集合，r1，r2，...rj分别表示各个产线装配资源，j表示为产线装配资源的序号，rj表示第j个产线装配资源；
所述的产线作业单元是指生产线中独立完成的一条作业流水线，例如可以为液压机的外壳组装作业流水线。
所述的产线作业单元u包含了装配工序ku和装配工序ku所对应的产线装配资源(可以是多个)。
所述的产线装配资源是指生产线中用于完成产品装配制造的设备工具等。
所述的产品族是指具有相似功能结构的一类产品。
S2、从产品族、装配工序、产线装配资源的三个维度计算当前产线作业单元构型对于装配工艺信息变动结果的适用性，根据适用性判断是否进行重构扩充：
装配工艺信息变动指：由实际的装配制造需要(如临时增添一类产品的制造)产生的工艺变更，导致的对整体装配工艺需求信息变动。
如果产品族、装配工序、产线装配资源的适用性均低于预设适用性阈值，则产线作业单元进行重构扩充，进行下面步骤S3-S9；
如果产品族、装配工序、产线装配资源的适用性构成的综合适应度评价(三者乘积)低于预设适用性阈值，则产线作业单元进行重构扩充，进行下面步骤S3-S9；
如果产品族、装配工序、产线装配资源的适用性其中之一高于等于预设适用性阈值，则产线作业单元进行重构扩充，不进行下面步骤；
所述的产品族的适用性，是通过装配工艺信息所属产品族在产线中运行的装配工艺路线中的可用工序比例衡量。
所述的装配工序的适用性，是通过计算新的装配工序在装配工艺单元中可操作工序数与装配工艺单元总工序数目比值衡量。
所述的产线装配资源的适用性，是通过计算新的装配工序在原产线作业单元中可用产线装配资源的数量与原产线作业单元所含产线装配资源总数的比值衡量。
所述的产品族的适用性，是通过计算工艺变更后，装配产线中所需的产品族装配工艺路线数目与变更前装配产线中运行的所有产品族装配工艺路线数目的比值，衡量产线作业单元对于新的装配工艺要求，在产品族层面的适用性；
所述的产品族是指具有相似功能结构的一类产品。
所述的产品族装配工艺路线是指可描述某产品族完整装配流程的系列工序所构成的向量。
所述的装配工序的适用性，是通过计算工艺变更后，装配产线中所需的各个产线作业单元内装配工序的数目与所有产线作业单元内工序总数目比值，衡量产线作业单元在装配工序层面的适用性；
所述的产线装配资源的适用性，是通过计算工艺变更后，装配产线中所需原产线作业单元中内产线装配资源的数目与原产线作业单元所含产线装配资源总数的比值，衡量产线作业单元在产线装配资源层面的适用性。
S3、计算各产线作业单元间的资源负荷均衡度；
S4、在所有产线作业单元中，将单元间资源负荷均衡度最低的产线作业单元u作为待调整产线作业单元u拆分；
S5、将待调整产线作业单元u按照装配工序的逻辑连接进行拆分，每相邻两个装配工序之间建立拆分点，选择拆分点将待调整产线作业单元u拆分为两个产线作业单元作为拆分后产线作业单元ua＝{r1，r2，...ra}、ub＝{ra，ra+1，...ru}，a表示作为产线作业单元u的拆分点的装配工序编号，实际以装配工序对应的产线装配资源进行拆分表示；
S6、针对每个拆分后产线作业单元，计算该拆分后产线作业单元和其他每个未拆分处理的产线作业单元之间的跨单元间流转装配操作次数，根据跨单元间流转装配操作次数将跨单元间流转装配操作次数最多对应的拆分后产线作业单元ux和未拆分处理的产线作业单元ui进行合并，形成新的产线作业单元
Figure BDA0003321673890000033
，x＝a,b，从而获得两个拆分后产线作业单元ua、ub各自合并后对应的新产线作业单元
Figure BDA0003321673890000034
S7、由S6结果形成新的产线作业单元构型，按照ua、ub的拆分形式计算此时产线作业单元构型的继承性参数值；
S8、遍历待调整产线作业单元u中的各个拆分点重复上述S5-S7步骤均进行处理获得每次拆分后获得的新的产线作业单元构型的继承性参数值，直到将待调整产线作业单元u中的所有拆分点均遍历过，即待调整产线作业单元u中的所有装配工序间的逻辑连接均拆分过一次；
S9、以所有新的产线作业单元构型的继承性参数值的最大值对应的新的产线作业单元构型作为产线适应性重构的最终产线作业单元构型，从而完成装配产线的重构扩充，以最终产线作业单元构型对产品的生产线进行实施制造。
所述S3中，单元间的资源负荷均衡度计算是以装配工艺实际要求的产线装配资源的实际调用时间和单元间最大资源负荷之间的比值来衡量，单元间最大资源负荷具体为产线作业单元的最长调用时间和产线作业单元的数目的乘积。
所述S3中，单元内的资源负荷均衡性计算，是以装配工序对于单元内产线装配资源的实际调用时间和单元内最大资源负荷之间的比值来衡量，单元内最大资源负荷具体为产线装配资源的最长调用时间与单元内产线装配资源的数目的乘积。
所述步骤S6中，所述的跨单元间流转装配操作次数，其特征是：
Figure BDA0003321673890000031
其中，Cu表示跨单元间流转装配操作次数，fn代表产品族，u代表产线作业单元，ku代表产线作业单元内完成的装配工序，Xfnku代表一个产品族fn内产线作业单元u中的装配工序ku的启用状态，若该装配工序ku被启用则Xfnku值为1，若该装配工序ku未被启用其值为0。
所述步骤S7中，产线作业单元构型的继承性参数值采用以下公式计算获得：
本发明以产线装配资源对于各产线作业单元的归属性，作为衡量产线作业单元继承性的评价。
Figure BDA0003321673890000041
其中，Con代表继承性参数值，r代表产线装配资源，u代表单元构型合并前的产线作业单元，
Figure BDA0003321673890000042
代表单元构型合并后的产线作业单元；Bur代表产线装配资源r对于单元构型合并前产线作业单元u的从属关系，
Figure BDA0003321673890000043
代表产线装配资源r对于单元构型合并后的产线作业单元u的从属关系；
从属关系Bur和从属关系
Figure BDA0003321673890000045
计算方式相同，从属关系Bur计算方式如下：
Figure BDA0003321673890000044
当产线装配资源r属于产线作业单元u时，Bur等于1，否则等于0。
本发明面向装配工艺变更的产线作业单元，通过分析装配工艺变更后产线的适用性，以单元扩充、单元拆分与单元合并构成作业单元构型继承性优化的方式，以装配工艺需求实现和产线装配资源负荷均衡为目标，完成适应装配工艺变更的作业单元重构。使生产系统在产线装配资源的运行负荷、单元间物料流转等方面达到的最优状态，实现了生产产线在变工艺环境下的适应性重构。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1)在产线作业单元的重构过程中，通过单元合并、装配工艺优化等方式降低了产线运行过程中零部件等物料信息的跨单元次数，减少了不同装配工序的跨单元操作从而降低了产线作业单元及单元内资源的管理难度，提高了生产系统的生产效能。
2)通过单元负荷均衡性计算与产线重构，使得各产线作业单元之间以及组成产线作业单元的产线装配资源的工作负荷较为均衡，最大限度地发挥产线的生产能力，减少了单个装配资源负荷过大或过小的情况。
3)通过产线作业单元构型继承性调整，提高产线系统调整的连续性，有利于装配工艺变更情况下保持生产状态的连续工作。
4)通过产线作业单元的重构设计，实现对装配工艺变动的快速响应，以装配工艺需求变化引起的产线装配资源的增加为开始，通过平衡产线作业单元间以及单元内的资源负荷，并综合考虑单元间的物料、流转装配等信息交流的频繁性，以增强产线作业单元的资源构成内聚性，降低产线作业单元间的逻辑联系耦合性为目的，进行以产线作业单元为调节对象的产线适应性重构。能够适应工艺变更的进行产线单元化构建和适应性重构调整，在工艺变更下维持装配产线的持续运行作业，并使生产系统在产线装配资源的运行负荷、单元间物料流转等方面达到的最优状态，从而最大限度地发挥产线的运作能力同时降低管理负担。
附图说明
图1为本发明的产线重构方法流程。
具体实施方式
下面结合附图说明为本发明作详细说明
请参阅图1，本发明具体实施包括以下几个步骤：
S1、读取装配产线所有产线作业单元的产线装配资源构成信息ui＝{r1，r2，...ru}。i＝1,2,3...
S2、从产品族、产线作业单元、产线装配资源三个维度计算现行产线构架对于装配工艺信息变动结果的适用性，如果结果低于阈值则进行产线作业单元资源扩充。
S3、计算各产线作业单元内的资源负荷，以及单元间的均衡负荷。
S4、将单元内资源负荷最低的产线作业单元u拆分。
S5、将待调整产线作业单元u的资源逻辑连接形式中依次选择拆分点，拆分为两个产线作业单元ua＝{r1，r2，...ra}、ub＝{ra，ra+1，...ru}。
S6、计算产线作业单元中跨单元间流转装配操作次数，并据此将与拆分出的两个产线作业单元ua、ub间流转装配操作次数最多的产线作业单元uar、ubr进行合并，形成新的产线作业单元
Figure BDA0003321673890000051
S7、按照ua、ub的拆分形式计算并记录此时产线作业单元构型的继承性参数值。
S8、重复上述S5-S7步骤，直到将待调整产线作业单元中所有资源间的逻辑连接均破坏过一次。
S9、以记录中产线作业单元构型的继承性参数值的最大值，确定产线适应性重构的最终形式，完成装配产线的重构设计。
步骤S2所述的产线适用性计算，其特征是：在产品族层次，装配作业单元层次、产线装配资源层次三个层次上进行适用性计算。
其中在产品族层次以装配工艺信息所属产品族在产线中运行的典型装配工艺路线中的可用工序比例，得到产线组织形式对于新的装配工艺要求在产品族层面的适用性指标；
在装配作业单元层次，以计算新的装配工序在装配工艺单元中可操作工序数与装配工艺单元总工序数目比值，得到产线作业单元对于新的装配工艺要求的直接适用性指标；
在产线装配资源层次，以计算新的装配工序在原产线作业单元中可用产线装配资源的数量与原产线作业单元所含资源总数的比值，得到产线作业单元在构成元素层面的适用性指标。
步骤S3中所述的产线作业单元内的资源负荷计算方法，其特征是：单元之间的资源负荷以装配工艺实际要求的资源调用时间与产线作业单元中最长调用时间与装配作业单元的数目的乘积之间的比值来计算，而单元内部的资源负荷以装配工序对于单元内产线装配资源的实际调用时间与产线装配资源的最长调用时间与单元内产线装配资源的数目之间的比值来计算。
步骤S6中所述的跨单元间流转装配操作次数，其特征是：
Figure BDA0003321673890000061
其中fn代表产品族，u代表产线作业单元，ku代表产线作业单元内完成的装配工序，Xfnku代表一个产品族fn内产线作业单元u中的装配工序ku，若该工序被启用则Xfnku值为1，若未被启用其值为0。
步骤S7、S9中所述的衡量产线作业单元重构结果的继承性参数值，其特征是：以产线装配资源对于各产线作业单元的归属性，作为衡量产线作业单元继承性的评价。
Figure BDA0003321673890000062
其中Con代表继承性参数值，r代表产线装配资源u代表产线作业单元
Figure BDA0003321673890000063
代表单元构型演变后的产线作业单元。
Bur代表产线装配资源r对于产线作业单元u的从属关系。
Figure BDA0003321673890000064
当Bur等于1时表明产线装配资源r属于产线作业单元u，否则则表示产线作业单元u中不包括产线装配资源r。
同理
Figure BDA0003321673890000065
代表产线装配资源r对于单元构型演变后的产线作业单元u的从属关系。

Claims (5)

1.一种工艺变更驱动的装配产线重构方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、读取装配产线所有产线作业单元的产线装配资源构成集合ui＝{r1，r2，...rj}，ui表示第i条产线作业单元的产线装配资源集合，r1，r2，...rj分别表示各个产线装配资源，j表示为产线装配资源的序号，rj表示第j个产线装配资源；
S2、从产品族、装配工序、产线装配资源的三个维度计算当前产线作业单元构型对于装配工艺信息变动结果的适用性，根据适用性判断是否进行重构扩充：
如果产品族、装配工序、产线装配资源的适用性均低于预设适用性阈值，则产线作业单元进行重构扩充，进行下面步骤；
如果产品族、装配工序、产线装配资源的适用性其中之一高于等于预设适用性阈值，则产线作业单元进行重构扩充，不进行下面步骤；
S3、计算各产线作业单元间的资源负荷均衡度；
S4、在所有产线作业单元中，将单元间资源负荷均衡度最低的产线作业单元u作为待调整产线作业单元u拆分；
S5、将待调整产线作业单元u按照装配工序的逻辑连接进行拆分，每相邻两个装配工序之间建立拆分点，选择拆分点将待调整产线作业单元u拆分为两个产线作业单元作为拆分后产线作业单元ua＝{r1，r2，...ra}、ub＝{ra，ra+1，...ru}，a表示作为产线作业单元u的拆分点的装配工序编号；
S6、针对每个拆分后产线作业单元，计算该拆分后产线作业单元和其他每个未拆分处理的产线作业单元之间的跨单元间流转装配操作次数，将跨单元间流转装配操作次数最多对应的拆分后产线作业单元ux和未拆分处理的产线作业单元ui进行合并，形成新的产线作业单元
Figure FDA0003321673880000012
x＝a，b，从而获得两个拆分后产线作业单元ua、ub各自合并后对应的新产线作业单元
Figure FDA0003321673880000011
S7、由S6结果形成新的产线作业单元构型，计算此时产线作业单元构型的继承性参数值；
S8、遍历待调整产线作业单元u中的各个拆分点重复上述S5-S7步骤均进行处理获得每次拆分后获得的新的产线作业单元构型的继承性参数值；
S9、以继承性参数值的最大值对应的新的产线作业单元构型作为产线适应性重构的最终产线作业单元构型，以最终产线作业单元构型对产品的生产线进行实施制造。
2.根据权利要求1所述的一种工艺变更驱动的装配产线重构方法，其特征在于：所述S3中，单元间的资源负荷均衡度计算是以装配工艺实际要求的产线装配资源的实际调用时间和单元间最大资源负荷之间的比值来衡量，单元间最大资源负荷具体为产线作业单元的最长调用时间和产线作业单元的数目的乘积。
3.根据权利要求1所述的一种工艺变更驱动的装配产线重构方法，其特征在于：所述S3中，单元内的资源负荷均衡性计算，是以装配工序对于单元内产线装配资源的实际调用时间和单元内最大资源负荷之间的比值来衡量，单元内最大资源负荷具体为产线装配资源的最长调用时间与单元内产线装配资源的数目的乘积。
4.根据权利要求1所述的一种工艺变更驱动的装配产线重构方法，其特征在于：所述步骤S6中，所述的跨单元间流转装配操作次数，其特征是：
Figure FDA0003321673880000021
其中，Cu表示跨单元间流转装配操作次数，fn代表产品族，u代表产线作业单元，ku代表产线作业单元内完成的装配工序，Xfnku代表一个产品族fn内产线作业单元u中的装配工序ku的启用状态，若该装配工序ku被启用则Xfnku值为1，若该装配工序ku未被启用其值为0。
5.根据权利要求1所述的一种工艺变更驱动的装配产线重构方法，其特征在于：所述步骤S7中，产线作业单元构型的继承性参数值采用以下公式计算获得：
Figure FDA0003321673880000022
其中，Con代表继承性参数值，r代表产线装配资源，u代表合并前的产线作业单元，
Figure FDA0003321673880000023
代表合并后的产线作业单元；Bur代表产线装配资源r对于合并前产线作业单元u的从属关系，
Figure FDA0003321673880000024
代表产线装配资源r对于合并后的产线作业单元u的从属关系；
从属关系Bur和从属关系
Figure FDA0003321673880000025
计算方式相同，从属关系Bur计算方式如下：
Figure FDA0003321673880000026
当产线装配资源r属于产线作业单元u时，Bur等于1，否则等于0。
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