多階段混聯生產線分布式協同決策控制系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及產品制造技術領域，特別涉及一種多階段混聯生產線分布式協同決策 控制系統及方法。
【背景技術】
[0002] 生產線布局主要包括各功能段之間的關聯方式、各段內子線之間的關聯方式、各 子線內部的工位排布方式等。制造加工領域中，生產系統中的生產線、工位、工序等有幾種 常見的布局方式，如在大規模制造流水線布局方式中，每個工位對應一個操作較為簡單的 工序，工位與工位之間通過串聯的方式布局成一條生產線；在單元式布局方式中，生產線上 的工位數較少，每個工位對應多個工序，工位與工位、生產線和生產線之間存在相互協調的 關系。
[0003] 生產要素布置方法是在組織方式確定的條件下，通過生產線平衡等規劃方法，以 產量、成本、生產時間等為優化目標，對人員、工序、設備等進行布置安排。
[0004] 生產線平衡的主要方法是將人員、工序、設備按照產品確定的生產周期進行組織， 使流水線上每個工位的操作時間盡量一致，以期降低生產線的節拍。
[0005] 生產線的節拍是指連續完成相同的兩個產品之間的間隔時間，通常把一個流程中 生產節拍最慢的工位叫做瓶頸工位。生產線的產能與生產節拍直接相關，而生產節拍受制 于瓶頸工位的時間。生產線平衡規劃即是將生產的全部工序分配到工位中去，調整各工位 的操作時間使其盡可能相近，降低生產節拍、提高產能。
[0006] 在勞動密集型生產系統中，工藝的實際執行由人而非設備完成，節拍波動范圍大 且沒有規律，任一工位隨時都可能會變成瓶頸工位，且持續時間不定。對于傳統流水線，當 某工位A變為瓶頸工位時，A之前的在制品會逐漸堵塞，直到A的上游生產完全停止，等待A 完成工作；而A之后的在制品會逐漸變少，直到A的下游生廣線完全空閑，等待上游的在制 品流下來加工。
[0007] 將傳統流水線分段并聯，出現堵塞時可以迅速分流到其他線體繼續加工，能夠有 效提升生產效率，具體分段并聯的布局設計方式參見參考文獻1 (趙勇，潘曉勇，李春川，生 產線布局優化設計方法[發明]，【申請號】201210559252. 9)。目前的問題在于，線體并聯 后，在制品在功能段之間面臨多條線體，如何使在制品流向正確的線體，才能夠實現生產效 率最尚是急需解決的問題。
【發明內容】
[0008] 【要解決的技術問題】
[0009] 本發明的目的是提供一種多階段混聯生產線分布式協同決策控制系統及方法，以 解決如何在每兩個功能段之間尋找到合適的產品上線位置，從而使得整個生產過程的效率 達到最優的問題。
[0010] 【技術方案】
[0011] 本發明是通過以下技術方案實現的。
[0012] 本發明首先涉及一種多階段混聯生產線分布式協同決策控制系統，包括上線決策 模塊、下線決策模塊和主控模塊，
[0013] 所述上線決策模塊被配置成：計算各個未阻塞的生產線的混線率、負載均衡值和 UPH(Units Per Hour，每小時件數）值，根據下列決策函數計算得到各個生產線的決策指標 index^indexf (C混線率i：i，）a(C負載均衡,，其中α，β，γ為隨機數，i為生產線 編號，^線率^、（:鋪均心，、CUPHil，分別為第i個生產線的混線率的歸一化值、負載均衡值的 歸一化值和UPH值的歸一化值，最后選擇決策指標最大的生產線作為上線決策結果；
[0014] 所述下線決策模塊被配置成：初始化最近截止時間并選擇一個需要下線的生產 線的隊首產品，判斷該產品的剩余生產時間是否小于等于小車的單次最大運行時間以及判 斷該產品的生產截止時間是否小于最近截止時間，如果兩個條件都滿足則設置當前生產線 為最優生產線并設置當前的生產截止時間為最近截止時間，反之則選擇其他生產線進行遍 歷；
[0015] 所述主控模塊被配置成：收集所有生產段的生產信息，對每一個決策點的決策函 數中的參數值進行調整，使得決策函數的決策值變大，所述生產信息包括每一個生產段中 的每一個生產線的混線率、負載均衡值和UPH值，所述決策點設置在每兩個生產段之間。
[0016] 作為一種優選的實施方式，所述混線率為生產線上所包含產品的型號數的倒數：
[0017] 作為另一種優選的實施方式，所述負載均衡值通過下式進行計算：
其中，μ為所有生產線上產品數量的均值。
[0018] 作為另一種優選的實施方式，所述UPH為一段時間內在一個生產線的下線產品數 量加一。
[0019] 作為另一種優選的實施方式，所述生產段包括預裝段、箱發段、分型段、總裝段、測 試段、清洗段。
[0020] 本發明還涉及一種多階段混聯生產線分布式協同決策控制方法，包括上線決策、 下線決策和總體決策，
[0021] 所述上線決策包括步驟：
[0022] Α1 :初始化各生產線的混線率值、負載均衡值和UPH值；
[0023] Β1 :計算所有生產線上產品數量的均值；
[0024] C1 :選擇一個生產線；
[0025] D1 :判斷生產線是否阻塞，如果未堵塞則計算該生產線的混線率、負載均衡值和 UPH值，計算完后執行步驟Ε1，如果堵塞則直接執行步驟Ε1 ;
[0026] Ε1 :判斷是否遍歷完所有的生產線，如果否則返回步驟C1，如果是則執行步驟F1 ;
[0027] F1 :根據下列決策函數計算得到各個生產線的決策指標index1:
[0028] indeXl= (C混線率) a (C負載均衡,r ) e (CUPHil，）γ，其中a，β，γ為隨機數，i為生產 線編號，、CUPHil，分別為第i個生產線的混線率的歸一化值、負載均衡值 的歸一化值和UPH值的歸一化值；
[0029] G1 :選擇決策指標最大的生產線作為上線決策結果，
[0030] 所述下線決策包括步驟：
[0031] A2 :初始化最近截止時間；
[0032] B2 :選擇一個需要下線的生產線的隊首產品；
[0033] C2:判斷該產品的剩余生產時間是否小于等于小車的單次最大運行時間，如果是 則執行步驟D2,反之則執行步驟E2 ;
[0034] D2:判斷該產品的生產截止時間是否小于最近截止時間，如果是則設置當前生產 線為最優生產線并設置當前的生產截止時間為最近截止時間，執行步驟E2,如果否則直接 執行步驟E2 ;
[0035] E2 :判斷是否遍歷完所有的生產線，如果是則結束下線決策，反之則返回步驟B2，
[0036] 所述總體決策包括：收集所有生產段的生產信息，對每一個決策點的決策函數中 的參數值進行調整，使得決策函數的決策值變大，所述生產信息包括每一個生產段中的每 一個生產線的混線率、負載均衡和UPH，所述決策點設置在每兩個生產段之間。
[0037] 作為一種優選的實施方式，所述混線率為生產線上所包含產品的型號數的倒數：
[0038] 作為另一種優選的實施方式，所述負載均衡值通過下式進行計算：
，其中，μ為所有生產線上產品數量的均值。
[0039] 作為另一種優選的實施方式，所述UPH值為一段時間內在一個生產線的下線產品 數量加一。
[0040] 作為另一種優選的實施方式，所述生產段包括預裝段、箱發段、分型段、總裝段、測 試段、清洗段。
[0041] 【有益效果】
[0042] 本發明提出的技術方案具有以下有益效果：
[0043] 本發明通過決策函數對產品的上線和下線進行決策，并綜合所有生產段的信息， 對決策函數中的參數進行調整，使得整個生產過程的效率達到最優。
【具體實施方式】
[0044] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明的【具體實施方式】 進行清楚、完整的描述。
[0045] 實施例一
[0046] 實施例一提供一種多階段混聯生產線分布式協同決策控制系統，該系統包括上線 決策模塊、下線決策模塊和主控模塊。本實施例中的生產段包括預裝段、箱發段、分型段、總 裝段、測試段、清洗段。
[0047] (一）上線決策模塊
[0048] 上線決策模塊被配置成：計算各個未阻塞的生產線的混線率、負載均衡值和UPH 值，根據下列決策函數計算得到各個生產線的決策指標indexi:index ;= (C ）α (C負載 均衡乂"⑴咖:^^其中^^丫為隨機數^為生廣線編號^混線率^^負載均衡^^^^'分 別為第i個生產線的混線率的歸一化值、負載均衡值的歸一化值和UPH值的歸一化值，最后 選擇決策指標最大的生產線作為上線決策結果。
[0049] 下面對上線決策模塊進行說明。
[0050] 在進行上線決策時需要考慮混線率、負載均衡和UPH這三個因素。
[0051] 對于混線率，可以取生產線上所包含型號數的倒數作為其衡量的指標，其值是越 大越好。即：
[0053] 對于負載均衡值，可以選擇以下式子作為衡量標準：
[0055] 其中，μ為當前步驟所有生產線上產品數的平均值，￥^為生產線上的產品數。 該標準會傾向于選擇生產線上產品數小于平均值的生產線進行上線，從而使得各條生產線 的產品數更為平衡。選擇指數形式的原因是避免該值為負數，在最后的決策函數中不好處 理，C鋪均衡是越大越好。
[0056] 對于UPH值，需要統計一段時間內在該生產線的