面向能耗的离散制造系统资源的动态配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及制造行业中车间制造设备资源的动态配置技术领域，具体的，涉及一 种面向能耗的离散制造系统资源的动态配置方法。
【背景技术】
[0002] 在我国，离散制造行业的能源消耗非常巨大，根据相关部门的统计测算，我国的离 散制造产业平均每年的能源消耗量占全国总能耗的63%。如何让降低离散制造业的能耗， 实现绿色生产，这是我国当前的重要任务之一。离散制造产业中的耗能主体是制造设备， 制造设备功率大，工作持续时间长，更新难度高，这些是降低离散制造系统的能耗的主要障 碍。对于制造行业降低能耗的问题，离散制造系统资源的动态配置问题的研宄一直是相关 研宄的重点。传统的制造模式中，制造设备资源单一受高层环节控制，没有考虑到制造设备 资源与加工任务之间的能耗成本问题，机械地将制造设备资源与加工任务进行功能性分类 组合，整个生产加工流程的耗能多以及加工生产的效率低下的情况没有得到显著改善。如 何对离散制造系统资源进行动态配置进而降低加工过程中的能耗是值得研宄的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对上述问题，提出一种面向能耗的离散制造系统资源的动态 配置方法，以实现在当前制造设备资源加工能力和工艺要求的基础上，加工生产能耗最小 化的目的。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种面向能耗的离散制造系统资源 的动态配置方法，其包括以下步骤：
[0005] (1)加工任务能耗模型的建立：
[0006] 假设需要加工的任务有m种，它们的工序集合分别爻
【主权项】
1.面向能耗的离散制造系统资源的动态配置方法，其特征是，包括以下步骤：
(1) 加工任务能耗模型的建立： 假设需要加工的任务有m种，它们的工序集合分别为 加工任务工序的加工时间集合为：
，加工任务的要求完成时 间集合为Lm= IL1, L2，…Li,…LJ，其中Pi表示第i种任务的工序数目；同时制造设备资 源共有η台，表示为N = {Sl，S2sn}，所有制造设备资源的准备加工时间设为Tn = IT1, T2，…IV·· TJ ;建立每个加工任务的加工工序与制造设备之间的能耗关系矩阵：
，<表不加工任务i的工序q在制造设备j上的能耗大小，其 中 I < q < pi; 对每个任务的工序集合建立相应的任务分配方案：
其中=1表明任务i的工序q安排在制造设备j上进行加工，<.=〇表明任务i的工 序q不安排在制造设备j上进行加工，据此得到加工任务与制造设备资源之间的能耗模型 为：
(2) 面向加工任务与制造设备资源的动态加工单元的构建： 根据任务加工工艺内在的相似性以及制造设备异构性和地理分布特性，建立加工任务 与制造设备资源关联表，利用模糊等价关系，对加工任务和制造设备资源进行分组和链接， 形成动态加工单元： 单元1為~N U 单元2 :M2~N 2 其中M1,
(3) 基于能耗的动态加工单元模型配置： 在每个动态加工单元中，为了实现加工能耗最小化，以有向多色理论为基础形成任务 工序与制造设备加工能力的有向多色图配置，步骤如下： (3. DN1是每个动态加工单元中制造设备资源的多色集合,N1= {c ^c2, ...，cv}，其中V =1，2,…j，cv表示在该动态加工单元中对于某一加工任务加工功能相近的制造设备资源 颜色，V为资源算子数量； (3.2)用个人颜色集合Fh(Cv)表示该动态加工单元中一台制造设备的加工能力多色集 合，即它能完成的加工工序的集合，h表示设备可加工能力算子数量；N1中所有制造设备资 源能够完成的所有加工工序的颜色集合表示为？^) = ^!^^!^^)，···^!^~)}，； (3. 3)
表示为该动态加工单元所有加工任务的工序多色集 合，pi}该动态加工单元中某一加工任务工序颜色集合，其中w = 1，2,…i, w为任务算子 数量，进而建立制造设备资源加工工序集合与加工任务工序集合之间的围道布尔矩阵，表 明相应加工任务的工序与制造设备资源可加工工序之间的映射关系； (3. 4)根据加工任务工序的工艺要求，在围道布尔矩阵基础上建立该动态加工单元中 加工任务与制造设备资源的配置有向多色图，即任务与制造设备资源配置方案集；确定各 加工任务的工序加工路线方案集合，以最小化能耗为目标，加工任务完成日期为约束，求出 最优解，即选择出了最佳加工路线方案，最终构成基于能耗的动态加工单元模型配置； (4) 基于能耗的动态加工单元模型配置信息跟踪与交互： 采用加工网络的模式对所有的制造设备资源进行联网，在线获取制造设备资源的实时 能耗信息；对加工任务零件进行标签式跟踪，获取加工任务的加工进度和工艺质量；在加 工网络中加入资源配置服务器，用于制造设备资源的加工能力集合和加工任务工艺要求集 合的存储和归类，建立加工能力库和工艺需求库；并根据制造设备资源与加工任务的实际 能耗情况，建立能耗数据库，形成制造设备资源系统；根据所述的制造设备资源的配置模 型，以最小加工能耗为目标，对制造设备资源与加工任务进行分组和动态加工单元配置，最 终通过制造设备资源和加工任务信息动态联接，形成由Web服务中心节点、制造设备资源 节点、加工任务节点组成的网络加工系统；以减少能耗为目标，形成动态配置、实时反馈的 机制，完成面向能耗的离散制造系统资源的动态配置。
2. 如权利要求1所述的面向能耗的离散制造系统资源的动态配置方法，其特征是，还 包括将每次的加工任务与制造设备资源配置信息归档并保存在资源配置服务器中，建立面 向能耗的资源配置方法库。
3. 如权利要求2所述的面向能耗的离散制造系统资源的动态配置方法，其特征是，在 所述面向能耗的资源配置方法库基础上把配置数据按照层次关系组织起来，并建立相应的 图标，供管理者调用。
4. 如权利要求1所述的面向能耗的离散制造系统资源的动态加工单元配置方法，其特 征是，步骤（2)所述加工任务与制造设备资源配置单元是一种动态的加工单元，它与特定 的加工任务联系在一起，当加工任务下达后它被配置，加工任务完成之后配置单元之间的 联系解体，相应的配置信息归档保存，以便下次生产；配置单元的构建是对配置系统的信息 输入输出过程，输入信息是加工任务以及相应的工序特征，输出信息是制造设备资源的相 应的配置信息。
【专利摘要】本发明涉及一种面向能耗的离散制造系统资源的动态配置方法，步骤包括：加工任务能耗模型建立，面向加工任务的与制造设备资源的动态加工单元构建，基于能耗的动态加工单元模型配置，基于能耗的动态加工单元配置信息跟踪与交互，配置方案的分类归档。本发明经过制造设备资源与加工任务分组形成动态加工单元，再在能耗基础上将任务工序集合与制造设备加工能力进行映射后，建立面向最小化能耗的制造系统资源的动态单元配置模型；通过资源配置服务器建立资源配置方法库，为最优化能耗方案的寻求建立起详细的数据支持；对离散制造环境进行加工联网，加强设备节点与任务节点的联系，对制造设备资源的动态配置和优化提供信息窗口，提高了人机交互速度。
【IPC分类】G06Q10-06, G06Q50-04
【公开号】CN104751275
【申请号】CN201510107687
【发明人】王艳, 高云, 纪志成
【申请人】江南大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月11日