一种可重构制造系统重构时机的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及先进制造技术领域，具体设及一种可重构制造系统重构时机的确定方 法。
【背景技术】
[0002] 随着经济发展，制造业产业竞争加剧，客户需求更加习钻和多样化，导致产品种类 的不断增多、市场需求的大幅度波动，加上科学技术的不断革新，产品上市窗口越发缩小， 现有的制造系统在缺陷逐渐显露，新型的制造系统研究逐渐成为了热点，追求W低成本生 产高质量的产品来获取竞争优势。而可重构制造系统（Reconfigurable Manufacturing System, RMS)可W根据客户要求提供精确的功能和能力需求，逐渐成为了研究的热点。
[0003] RMS可W对市场的突变做出快速的响应，根据市场多样的加工需求，通过软硬件设 施的快速调整，迅速重构出能够满足市场需求的加工功能和加工能力。可RMS在投入使用 后，随着生产活动的进行，在订单变动、机器故障等内外因素的综合作用下，出现生产停滞、 交货延期等现象，生产调度难度增大、系统效率降低，RMS产生系统重构需求。考虑到生产成 本、延期成本、重构成本等因素，何时进行重构变得敏感，重构时机的选择对于保持RMS的低 成本、快响应特性具有重要意义，不恰当的重构点决策会造成重构成本的增加、重构时间的 延长等问题，甚至会导致本次重构失去意义。因此，需要对RMS重构点进行决策分析研究。
[0004] RMS具有良好的市场前景，国内外研究人员进行了广泛而深入的研究，包括RMS的 可重构性、系统布局规划、系统性能分析、工件族构建方法等。但是，目前几乎没有对RMS重 构点的相关研究，而在系统状态研究方面存在如下问题：
[0005] (1)只是定性地分析系统状态，无法直观地体现系统的变化情况。
[0006] (2)在分析系统复杂度时，只是分析静态复杂度，没有考虑实际生产情况。
[0007] (3)分析影响系统状态因素时，单纯分析机床状态或者工件状态，没有将工件和机 床的状态综合考虑。
[000引（4)没有从加工功能和加工能力的角度对系统状态进行分析。
【发明内容】
[0009] 有鉴于此，本发明提供了一种可重构制造系统重构时机的确定方法，能够根据订 单的变化，快速、合理地确定RMS的重构点，迅速重构出能够满足市场需求的加工功能和加 工能力，保持RMS的低成本、快响应特性。
[0010] 本发明的可重构制造系统重构时机的确定方法，包括如下步骤：
[001。 步骤1，根据信息赌理论构建RMS动态复杂度模型，其中，RMS动态复杂度Ex为MS积 极复杂度Ep和RMS消极复杂度En之和；其中，Ep等于RMS可行且杨通状态信息赌，En等于可行 但堵塞状态信息赌和不可行信息赌之和；
[001^ 步骤2,采用尖点突变理论构建势函数为F(x) = vix+V2X2+x4,其中， 表示 积极复杂度控制变量；
，表示消极复杂度控制变量;X为系统状态；
[001引步骤3，求解步骤2势函数F(X)的突变时刻，即A = 27vf + = O对应的时间点，该 突变时刻即为可重构制造系统的重构时间点。
[0014]进一步地，所述可重构制造系统由若干个制造单元构成，每个制造单元包含若干 个机床，同类型机床具有同种加工功能，每个工件对应一个工艺路线，该工艺路线包括若干 个加工功能，则RMS积极复杂度Ep和RMS消极复杂度En分别为
[0017]其中，化表示从2为底的对数;N表示RMS包含的制造单元数量;Gi表示第i个制造单 元所包含的工件种类;Su表示第i个单元的第巧巾工件的工艺路线；表示第i个单元的第j 种工件使用Su工艺路线上的第k个加工功能时处于可行且杨通状态的概率，等于第i个单元 的第巧巾工件使用Su工艺路线上的第k个加工功能时处于可行状态的概率；4与第i个单元 的第巧巾工件使用Su工艺路线上的第k个加工功能时处于杨通状态的概率P置的乘积； 则表示第i个单元的第巧巾工件使用Su工艺路线上的第k个加工功能时处于可行但堵塞状态 的概率，等于第i个单元的第巧巾工件使用Su工艺路线上的第k个加工功能时处于可行状态 的概率与第i个单元的第巧巾工件使用Su工艺路线上的第k个加工功能时处于堵塞状态 的概率1的乘积；则表示第i个单元的第巧巾工件使用Su工艺路线上的第k个加工功能 时处于不可行状态的概率，等于第i个单元的第巧巾工件使用Su工艺路线上的第k个加工功 能时处于不可行状态的概率;
[001引 其中，
(7) 脚 脚 (10)
[0023]其中，表示第i个单元的第巧巾工件的第k种加工功能的第m台机床处于故障的 概率，根据机床的故障特性经验判定；表示第i个单元的第巧巾工件的第k种加工功能的 第m台机床处于加工状态但是不发挥该种工件所需的加工功能的概率，通过数据统计结果 获得;Mk表示第k种加工功能包含的机床数量；表示机床前缓冲区无工件的概率；巧|表 示机床后缓冲区满工件的概率；
[0024]其中，
[0027]其中，WUk表示第i个制造单元的加工第j中工件的第k个加工功能的生产率，^二_ .表 示缓存区前一台机床的生产率，表示缓存区后一台机床的生产率;h为缓存区的容量。 [002引有益效果：
[0029] 本发明利用信息赌对RMS系统动态复杂度进行分析，实现了 RMS系统动态复杂度的 定量描述。同时，从加工功能和加工能力的角度分析MS系统复杂度变化情况，反映了RMS系 统状态的本质。并且应用尖点突变，实现了RMS系统状态突变时间点的识别，从而为决策者 提供重构点决策判断依据，及时进行系统重构，保持RMS系统的活力。
【附图说明】
[0030] 图1为MS的重构机制和实施过程示意图。
[0031 ]图2为RMS系统复杂性与稳定性的关系示意图。
[0032] 图3为缓存区的状态转移过程示意图。
[0033] 图4为尖点突变原理示意图。
[0034] 图5为车间的单元划分和机床分布情况。
[0035] 图6为系统状态变化趋势图。
[0036] 图7为本发明流程图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0038] 本发明提供了一种可重构制造系统重构时机的确定方法，考虑到RMS系统状态是 由工件与机床的相互作用决定的，工件类别为制造系统提出了加工功能需求，工件数量为 制造系统提出了加工能力的需求，机床作为加工功能和加工能力提供者，具备了一种或者 多种加工功能和特定数量的加工能力。因此，从加工功能和加工能力的角度对制造系统的 复杂度进行分析可W很好地体现工件与机床的相互作用关系，从本质上体现制造系统的状 态，再结合突变理论进行RMS重构点决策，可W给出合理的重构时机。
[0039] 本发明基于信息赌和尖点突变理论，考虑MS的加工功能和加工能力，提出了一种 RMS重构点的确定方法，具体包括如下步骤：
[0040] 步骤1，根据信息赌理论构建MS动态复杂度模型。
[0041 ] 步骤1.1，可重构制造系统的重构机制分析。
[0042] RMS构建完成后，需要经历一段磨合期，称作斜升时期，运一时期系统稳定性较低， 容易出现机器故障、不合格产品等问题。经过一段时间的调试、磨合后，新系统存在的问题 逐一解决，系统高效平稳运行，能进行高质量、高产量、低成本的生产活动，运一时期被称为 平稳生产时期。随着MS的运行，系统内部和外部出现的一些随机因素，如机床故障，新的生 产订单插入等导致系统无法提供足够的加工功能和加工能力，造成部分订单无法按期完 成，调度难度增大，生产效率下降，生产陷入混乱，