一种面向个性化定制产品的装配线模块划分方法与流程

本发明涉及装配系统规划技术领域，具体涉及一种面向个性化定制产品的装配线模块划分方法。

背景技术：

近年来，随着科学技术的发展和社会水平的提高，市场竞争日趋激烈，现代企业面临着严峻的挑战。动态多变的市场以及客户产品需求的多元化和个性化迫使制造业生产模式发生根本性变革。单一的量产产品已经逐步被个性化的产品所取代，传统的大规模生产方式也已经难以满足市场个性化的需求。为了应对动态多变的市场的挑战，现代企业在考虑生产成本和质量的同时，必须提供多元化的产品选择以满足客户的个性化需求。大规模个性化定制生产方式应运而生。大规模个性化定制，根据不同客户的个性化需求，以低成本、高效率、高质量来提供定制化产品的生产方式。

大规模定制为制造企业提高市场竞争力提供了新的途径，也不可避免地对传统的生产组织形式带来了严峻的挑战。大规模定制要求生产系统具有高柔性、低成本、高效率和变批量等特点，而现代企业的流水线、机群式制造和单元制造等组织形式都无法满足上述要求。同时，目前产品模块化设计方法已广泛应用于产品设计过程中，并取得了显著的成果，但是现有的生产模式难以满足模块化产品的生产与装配。为了保障装配过程能快速响应客户需求，必须对传统的装配线进行模块划分，并根据定制产品和划分的装配线模块，合理组织装配任务，提高系统柔性和装配效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种面向个性化定制产品的装配线模块划分方法，将不同产品的整条装配线划分成若干个装配模块，合理构建和调整装配系统，提高系统柔性和装配效率。

本发明的具体实施方式如下：

一种面向个性化定制产品的装配线模块划分方法，，针对混合产品的装配线，基于装配工艺装配操作、工装设备以及零部件间的相似关系和混合产品装配工艺相似性，建立装配工艺相似矩阵；对装配工艺相似矩阵进行模糊聚类，生成装配线模块划分方案集；对所述装配线模块划分方案集进行评价，得到最优装配线模块划分方案。

进一步地，所述装配工艺相似矩阵的建立方法为：

根据产品装配工艺之间装配操作、装配设备的相似性，建立装配工艺操作相似矩阵，装配工艺操作矩阵为一个n行n列的矩阵，n表示装配工艺的数目，矩阵第i行或第i列均表示装配工艺i，矩阵元素pij∈[0,1]表示工艺i和工艺j的装配操作和工装设备的相似性，nij表示工艺i和工艺j相似操作的数量，nij表示工艺i和工艺j所有操作的数量；

根据装配工艺之间的装配零部件间的相似性，建立装配工艺零部件相似矩阵，装配工艺零部件矩阵为一个n行n列的矩阵，矩阵元素cij∈[0,1]表示工艺i和工艺j所装配零部件的相似性，mij表示工艺i和工艺j相似零部件的数量，mij表示工艺i和工艺j所有零部件的数量；

根据不同产品工艺相似性，建立产品装配工艺相似矩阵，产品装配工艺相似矩阵为一个n行n列的矩阵，矩阵元素sij∈[0,1]表示不同产品装配工艺的相似性，lij表示包含工艺i和工艺j的产品种类的数量，lij表示所有产品种类的数量；

确定装配工艺操作相似矩阵、装配工艺零部件相似矩阵和产品装配工艺相似矩阵的权重，构建装配工艺相似矩阵。

进一步地，所述权重根据专家评价方法确定。

进一步地，评价装配线模块划分方案集的方法为：

确定装配线划分方案评价指标：模块内相似性、模块间独立性、装配复杂程度、模块冗余度，并利用专家评价方法确定各评价指标权重；

根据评价指标对各装配线模块划分方案进行比较和评价，确定所述各装配线模块划分方案的得分；

针对评价指标权重，比较各装配线模块划分方案，确定最优方案。

有益效果：

本发明通过对混合产品装配工艺的相似性关系进行分析，采用将工程问题转化为矩阵问题求解的思想，使用模糊矩阵方法对装配模块进行划分，并生成装配模块划分方案集。采用综合评价方法对划分方案进行比较和分析，确定装配线模块划分最优方案。通过此方法进行装配线模块划分，将不同产品的整条装配线根据相似性划分成若干个装配模块。划分的装配模块可以独立完成相应的装配操作及功能，模块内部具有较高的相似性，而模块之间具有较高的独立性。企业可以针对不同的产品种类及批量，选择合适的装配模块的种类和数量，合理构建和调整装配系统，完成不同配置产品的装配，从而提高装配系统的柔性和对客户需求的响应速度，减少装配系统的复杂程度，提高装配系统的装配效率。

附图说明

图1是混合产品的相似性矩阵；

图2是混合产品的模块划分方案集；

图3是最终的装配系统模块划分方案。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

某类产品不同配置的变速箱和后桥的装配系统，共装配四种不同配置的产品，产品及其装配工位如表1所示。

表1产品装配工位配置表

由于不同产品装配工艺存在差异，无法通过简单的相关性分析进行装配系统的模块划分。而传统的划分方案更多地针对于产品模块，缺少科学有效的方法和工具对装配系统及装配工艺进行模块划分。

本发明提供了一种面向个性化定制产品的装配系统模块划分方法，首先，针对混合产品装配过程，根据装配工艺装配操作、工装设备以及零部件间的相似关系和不同产品的工艺相似性，建立装配工艺相似矩阵smap(similaritymatrixofassemblyprocesses)；运用模糊聚类方法，对装配工艺相似矩阵进行模糊聚类，生成装配系统模块划分方案集；最后，运用综合评价方法，结合装配系统模块特点和柔性制造需求，实现面向个性化定制产品的装配线模块划分。具体步骤如下：

步骤1：建立装配工艺相似矩阵smap：

步骤1.1：根据产品装配工艺之间装配操作、装配设备的相似性，建立装配工艺操作相似矩阵smapp(similaritymatrixofassemblyprocessesprocedure)。smapp矩阵为一个20行20列的矩阵，矩阵第i行或第i列均表示装配工艺i，矩阵元素pij∈[0,1]表示工艺i和工艺j的工艺操作和工装设备的相似性，nij表示工艺i和工艺j相似操作的数量，nij表示工艺i和工艺j所有操作的数量；若装配操作和工装设备完全相同，则矩阵元素pij＝1。

如图1(1)所示为混合产品的装配工艺操作相似矩阵，以工艺1(变速箱轴类分装)和工艺2(后桥轴类分装)为例，均完成齿轮和卡簧的连接操作以及轴承的压装，基本装配操作以及所用的装配设备均相同，故而矩阵元素p12＝1；而对于工艺1(变速箱轴类分装)和工艺3(变速箱中间轴、输出轴装配)，工艺1执行齿轮和卡簧的安装操作以及轴承的压装，主要包括齿轮安装操作两次、卡簧安装操作两次、轴承压装操作两次，运用的设备主要为压装机。而工艺3执行齿轮安装操作两次、轴类安装两次以及轴承压装操作两次，运用的设备主要为压装机和吊装设备，工艺1和工艺3操作的数目共12次，而相似的操作只有齿轮安装2次与轴承压装2次，故而矩阵元素p13＝4/12≈0.3。

步骤1.2：根据装配工艺之间的装配零部件间的相似性，建立装配工艺零部件相似性矩阵smapc(similaritymatrixofassemblyprocessescomponents)。smapc矩阵为一个20行20列的矩阵，矩阵第i行或第i列表示装配工艺i，矩阵元素cij∈[0,1]表示工艺i和工艺j所装配零部件的相似性，mij表示工艺i和工艺j相似零部件的数量，mij表示工艺i和工艺j所有零部件的数量；若零部件完全相同，则矩阵元素cij＝1。

如图1(2)所示为混合产品的装配工艺零部件相似矩阵，以工艺1(变速箱轴类分装)和工艺2(后桥轴类分装)为例，工艺1进行变速箱轴类分装操作，工艺2进行后桥相关轴类操作，装配的零部件基本不相同，故而矩阵元素p12＝0，而对于工艺1(变速箱轴类分装)和工艺3(变速箱中间轴、输出轴装配)，工艺1需要完成中间轴、输出轴、三种齿轮、两类卡簧、两类轴承等10种零件的安装，而工艺3执行变速箱中间轴、输出轴、三种齿轮、两类卡簧和三类轴承等11种零件安装，并且包括工艺1所执行的10种零件，故而矩阵元素p12＝10/11≈0.9；而对于工艺13(液压分动箱分装)、工艺14(液压分动箱泄露测试)和工艺15(液压分动箱总装)，分别完成液压分动箱的分装、泄露和总装，故而矩阵元素p12＝1。

步骤1.3：根据不同产品工艺相似性，建立产品装配工艺相似矩阵smpp(similaritymatrixofproductsprocesses)。smpp矩阵为一个20行20列的矩阵，矩阵第i行或第i列表示装配工艺i，矩阵元素sij∈[0,1]表示不同产品该工艺的相似性，lij表示包含工艺i和工艺j的产品种类的数量，lij表示所有产品种类的数量；若不同产品的工艺相似，则矩阵元素sij＝1。

如图1(3)所示为混合产品的产品装配工艺相似矩阵，工艺1(变速箱轴类分装)在四种产品中均存在，所以矩阵元素p12＝1；工艺13(液压分动箱分装)仅在两种产品(3、4)中均存在，所以矩阵元素p12＝2/4＝0.5。

步骤1.4：针对smapp矩阵、smapc矩阵和smpp矩阵，利用专家评价方法确定各矩阵的权重，构建装配工艺相似矩阵smap。

如图1(4)所示为混合产品的装配工艺相似矩阵，表2表示重要性评价等级，表3为五位专家的评价，通过计算，确定各指标的权重，其中w1＝0.4,w2＝0.4,w3＝0.2。

smap＝0.4×smapp+0.4×smapc+0.2×smpp

表2重要性评价等级

表3专家评价法

步骤2：进行模糊聚类，产生装配线模块划分方案集，采用现有方法，具体包括如下步骤：

步骤2.1：基于标准化矩阵，采用绝对值减数法—欧氏距离，构建模糊相似矩阵。

步骤2.2：基于模糊相似矩阵，计算矩阵传递闭包，将模糊相似矩阵转化为模糊等价矩阵。

步骤2.3：计算模糊等价矩阵的λ截距阵，λ表示进行聚类分析的分类系数，λ∈[0,1]。

步骤2.4：根据λ截距阵，进行装配工艺模块划分，构建装配模块划分方案集，图2表示几种可行的划分方案及其所对应的λ值，框内表示其工艺划分为一个装配模块。

步骤3：对装配线模块划分方案集进行综合评价，选择最优装配线模块划分方案。

步骤3.1：确定装配线划分方案评价指标：模块内相似性、模块间独立性、装配复杂程度、模块冗余度，模块内相似性是指划分的各个装配模块内部装配操作、装配设备和所装配的零部件之间的相似程度；模块间独立性是指装配模块之间装配操作、装配设备和所装配的零部件之间的差异程度；装配复杂程度是指划分的装配模块进行产品装配的复杂程度。划分模块数量过多，则整个装配过程较为复杂，同时，若将很多工艺划分为一个模块，则模块内装配操作过于复杂，整个装配过程复杂程度较高；模块冗余度是指判断划分的装配模块是否可以进行合并，若划分的两个装配模块相似程度过高，则可以进行模块合并，模块划分方案冗余度高。

利用专家评价方法依据表2对各指标进行评价，确定各评价指标的划分权重，如表4所示为四位专家的评价，通过计算，本案例中权重值均为0.25。

表4评价指标专家评价法

步骤3.2：根据评价指标，对各装配线模块划分方案进行比较和评价，根据评价指标确定各方案的满意度指标，如表5所示为评价指标满意度计量方法。以λ＝0.787为例，如图2所示共划分为5个模块，工艺1～8划分为一个模块，模块冗余度好，模块间独立性好，但该模块内工艺1、工艺3、工艺6相似性较差，故而模块内相似性差；同样模块内装配操作复杂程度较高，整个装配过程复杂性强，评价结果如表6所示。其他方案也进行相应的评价。

表5评价指标满意度

步骤3.3：针对评价指标权重，比较各评价方案，选择装配线模块划分最优方案，评价结果如表6所示，可以看出λ＝0.851时的综合评价得分最高，故而选择该评价方案。

表6划分方案评价表

本实例根据装配工艺相似性关系将各个装配工艺进行组合，形成包含10个模块子集的装配线模块划分方案{1，2}，{3，4，5}，{6}，{7，8}，{9，10}，{11}，{12}，{13，14，15}，{16，17，18}，{19，20}，如图3所示。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。