一种可重构制造系统重构尺度选择的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种可重构制造系统重构尺度选择的方法及装置，其中，装置包括：获取可重构制造系统的生产性能信号的第一获取模块；对所述信号做傅里叶变换得到对应的频谱Fn或者频谱密度函数F(ω),从而得到频谱图的处理模块；获取可重构制造系统RMS系统性能需要改变的幅度Δ的第二获取模块；根据所述幅度Δ找到所述频谱上对应的振幅的第一查询模块；根据所述振幅找到所述频谱上对应频率值ω的第二查询模块；获取各个尺度重构在频域上的分界点频率值的第三获取模块；根据所述频率值ω与所述分界点频率值的比较结果判断出应该进行的重构所属的级别的判断模块。本发明提供的方案一定程度上保证重构效能与成本的平衡，优化可重构制造系统RMS同时保证相对优势。
【专利说明】—种可重构制造系统重构尺度选择的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及先进制造【技术领域】，特别是指一种可重构制造系统重构尺度选择的方法及装置。
【背景技术】
[0002]在空间尺度，根据重构粒度的不同，可重构制造系统的重构可以分为系统级的重构、单元级的重构和机床级的重构,如图1所示。在不同的尺度上,重构的对象不同，重构过程所花费的时间成本和经济成本不同，重构对可重构制造系统RMS产生的影响和效果必然也不相同。因此针对不同的外部变化，选择合适的尺度进行重构是很有必要的。在正确的尺度进行重构使得重构的效果得到保证的同时控制重构的成本，从而优化RMS的重构过程。
[0003]目前，世界上并没有理想的可重构制造系统得以应用的案例，但是作为解决当前制造系统难以适应市场需求变化问题根本途径的可重构制造系统RMS，其各方面的研究却格外火热。多尺度科学是科学技术发展的趋势之一，也是各学科在技术上非常重要的突破点。就当前而言，国内外鲜有学者对可重构制造系统RMS的多尺度现象进行研究。对重构尺度选择的辅助决策问题进行的研究更是凤毛麟角。
[0004]当前对可重构制造系统RMS的重构过程的研究仅限于重构过程的本身，包括如何建立虚拟制造单元，如何对车间进行更好的布局等等。对重构尺度的选择问题考虑的并不多，对重构过程在尺度上的分解也不是十分清晰。概括来说，现有的技术描述的重构过程往往是在考虑重构成本的情况下,系统如果达到重构点则进行重构，重构时考虑的主要问题是如何进行重构，却未能考虑可重构制造系统RMS的多尺度特性，从而导致重构效能和成本的失调，影响可重构制造系统的优势的发挥。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种可重构制造系统重构尺度选择的方法及装置，解决现有技术中重构时因未能考虑可重构制造系统RMS的多尺度特性，从而导致重构效能和成本的失调，影响可重构制造系统的优势发挥的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种可重构制造系统重构尺度选择的方法，包括:
[0007]获取可重构制造系统的生产性能信号；
[0008]对所述生产性能信号做傅里叶变换得到生产性能信号的频谱函数Fn，从而得到频谱图；
[0009]获取可重构制造系统RMS系统性能需要改变的幅度Λ ；
[0010]根据所述幅度Λ找到所述频谱上对应的振幅；
[0011]根据所述振幅找到所述频谱上对应的频率值ω ；
[0012]获取各个尺度重构在频域上的分界点频率值；
[0013]根据所述频率值ω与所述分界点频率值的比较结果判断出应该进行的重构所属的级别。
[0014]上述的方法，其中，所述获取分界点频率值的步骤包括:
[0015]分别获取进行单元级重构和机床级重构的最长时间间隔T。和I；；
[0016]根据ω。= Ji Τ。和Or = ^Tr获取各个尺度重构在频域上的分界点频率值，其中所述ω。为单元级重构和系统级重构的分界点频率值，所述CO11为单元级重构和机床级重构的分界点频率值。
[0017]上述的方法，其中，所述判断出应该进行的重构所属的级别的步骤包括:
[0018]如果ω < ω。，则说明应该进行的重构属于系统级的重构；
[0019]如果ω。< ω < ω^则说明应该进行的重构属于单元级的重构；
[0020]如果ω > ω P则说明应该进行的重构属于机床级的重构；
[0021]如果所述频率ω在多个区间，则说明对应的多种重构均可。
[0022]上述的方法，其中，所述生产性能信号是生产能力信号、加工质量信号或者经济性信号。
[0023]上述的方法，其中，所述振幅在所述生产性能信号为周期信号的时候对应于由所述频谱函数Fn得到的频谱图上的值，在所述生产性能信号为非周期信号的时候对应于由所述频谱密度函数F(co)得到的频谱图上的值。
[0024]为解决上述技术 问题，本发明还提供一种可重构制造系统重构尺度选择的装置，包括:
[0025]用于获取可重构制造系统的生产性能信号的第一获取模块；
[0026]用于对所述生产性能信号做傅里叶变换得到生产性能信号的频谱Fn，从而得到频谱图的处理模块；
[0027]用于获取可重构制造系统RMS系统性能需要改变的幅度Λ的第二获取模块；
[0028]用于根据所述幅度△找到所述频谱上对应的振幅的第一查询模块；
[0029]用于根据所述振幅找到所述频谱上对应的频率值ω的第二查询模块；
[0030]用于获取各个尺度重构在频域上的分界点频率值的第三获取模块；
[0031]用于根据所述频率值ω与所述分界点频率值的比较结果判断出应该进行的重构所属的级别的判断模块。
[0032]上述的装置，其中，所述第三获取模块包括:
[0033]用于分别获取进行单元级重构和机床级重构的最长时间间隔Τ。和I；的第一获取单元和第二获取单元；
[0034]用于根据ω。= JiTc^Pπ I；获取各个尺度重构在频域上的分界点频率值的第三获取单元，其中所述ω。为单元级重构和系统级重构的分界点频率值，所述为单元级重构和机床级重构的分界点频率值。
[0035]上述的装置，其中，所述判断模块的具体判断步骤包括:
[0036]如果ω < ω。，则说明应该进行的重构属于系统级的重构；
[0037]如果ω。< ω < ω”则说明应该进行的重构属于单元级的重构；
[0038]如果ω > ω”则说明应该进行的重构属于机床级的重构；
[0039]如果所述频率ω在多个区间，则说明对应的多种重构均可。
[0040]上述的装置，其中，所述生产性能信号是生产能力信号、加工质量信号或者经济性信号。
[0041]上述的装置，其中，所述振幅在所述生产性能信号为周期信号的时候对应于由所述频谱函数Fn得到的频谱图上的值，在所述生产性能信号为非周期信号时候对应于由所述频谱密度函数F(co)得到的频谱图上的值。
[0042]本发明的上述技术方案的有益效果如下:
[0043]上述方案中，所述方法针对可重构制造系统RMS的多尺度特性，建立了可重构制造系统RMS重构尺度选择的数学模型。对可重构制造系统RMS在重构之前的重构尺度选择进行辅助决策；用傅里叶变换把制造中的生产问题转化为数学问题，采集生产性能信息作为输入信号，对生产性能信号在频域上进行表示，为确定重构的尺度奠定基础；根据不同尺度上重构(重构的频率，重构对生产性能的影响程度等因素)的不同，找到各个尺度重构对应在频域上的区间。通过需要改变的生产性能幅度的不同在频域上找到对应的点，根据其所在的区间确定重构所在的尺度。
[0044]整个模型可以指导生产商在进行重构时重构尺度的选择过程，从而一定程度上保证重构效能与成本的平衡，优化可重构制造系统RMS，保证可重构制造系统RMS相对于其他类型的制造系统的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1为【背景技术】的重构的尺度特征示意图；
[0046]图2为可重构制造系统RMS生产性能变化示意图；
[0047]图3为本发明实施例的生产性能信号频谱图的趋势和各个尺度重构的分布示意图一；
[0048]图4为本发明实施例的生产性能信号频谱图的趋势和各个尺度重构的分布示意图二 ；
[0049]图5为本发明实施例的装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0050]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0051]本发明针对现有的重构时因未能考虑可重构制造系统RMS的多尺度特性，从而导致重构效能和成本的失调，影响可重构制造系统的优势发挥的问题，提供一种可重构制造系统重构尺度选择的方法，包括:
[0052]获取可重构制造系统的生产性能信号；
[0053]对所述生产性能信号做傅里叶变换得到生产性能信号的频谱函数Fn，从而得到频谱图；
[0054]获取可重构制造系统RMS系统性能需要改变的幅度Λ ；
[0055]根据所述幅度Λ找到所述频谱上对应的振幅；
[0056]根据所述振幅找到所述频谱上对应的频率值ω ；
[0057]获取各个尺度重构在频域上的分界点频率值；
[0058]根据所述频率值ω与所述分界点频率值的比较结果判断出应该进行的重构所属的级别。[0059]本发明实施例提供的方法中可重构制造系统RMS系统性能需要改变的幅度Λ即当前生产性能与目标生产性能的差值。另，定义RMS的一个生命周期为:在一个产品族内的产品从开始生产到完全停止生产所经历的时期。对传统制造系统而言，在一个生产周期中，存在生产能力过剩和生产能力不足的现象。对可重构制造系统而言，在其每个生命周期中，RMS生产性能的变化均能够经济性地满足外部需求。制造系统在其运行过程中会产生几种过程效应，这与RMS的特性是分不开的。这些过程效应分别是:鸟尾效应、斜升效应、随机效应、突变效应和劣化效应。这些效应和人为的设计与重构共同作用，同时加上外部需求的驱动，最终形成了 RMS生产性能的变化图形，如图2所示。[0060]本发明实施例提供的方法针对可重构制造系统RMS的多尺度特性，建立了可重构制造系统RMS重构尺度选择的数学模型。对可重构制造系统RMS在重构之前的重构尺度选择进行辅助决策；用傅里叶变换把制造中的生产问题转化为数学问题，采集生产性能信息作为输入信号，对生产性能信号在频域上进行表示，为确定重构的尺度奠定基础；根据不同尺度上重构(重构的频率，重构对生产性能的影响程度等因素)的不同，找到各个尺度重构对应在频域上的区间。通过需要改变的生产性能幅度的不同在频域上找到对应的点，根据其所在的区间确定重构所在的尺度。[0061]整个模型可以指导生产商在进行重构时重构尺度的选择过程，从而一定程度上保证重构效能与成本的平衡，优化可重构制造系统RMS，保证可重构制造系统RMS相对于其他类型的制造系统的优势。[0062]其中，所述获取分界点频率值的步骤包括:[0063]分别获取进行单元级重构和机床级重构的最长时间间隔Τ。和I；；
[0064]根据ω。= JiTc^Pπ I；获取各个尺度重构在频域上的分界点频率值，其中所述ω。为单元级重构和系统级重构的分界点频率值，所述CO11为单元级重构和机床级重构的分界点频率值。[0065]另，本发明实施例提供的方法中所述判断出应该进行的重构所属的级别的步骤包括:[0066]如果ω < ω。，则说明应该进行的重构属于系统级的重构；[0067]如果ω。< ω < ω”则说明应该进行的重构属于单元级的重构；[0068]如果ω > ω”则说明应该进行的重构属于机床级的重构；[0069]如果所述频率ω在多个区间，则说明对应的多种重构均可。[0070]下面具体说明本发明实施例提供的方法的实施过程。[0071]设在一次可重构制造系统RMS系统级重构中，贯穿一个生命周期需要多次单元级重构，一次单元级重构包含多次机床级重构。针对某一类型的产品，在一个生命周期内，进行有效单兀级重构的相邻的两次最长的间隔时间为Τ。,进行有效的机床级重构的最长的两次间隔时间为I；。分析生产性能信号的图形，可重构制造系统RMS的一次重构产生的波动对应于正弦信号的半个周期，间隔时间T对应到频域上为ω = jiT。粗略估计各个尺度的重构对应到频域上,其分界点分别为ω。= JiTc^P CO11= Ji I；。[0072]以分析一个生命周期为例，以对生产性能信号的一个生命周期进行拓延，变为周期函数进行处理，得到离散的频谱函数Fn。根据在一个一般的可重构制造系统RMS生产性能曲线的频谱图上，根据可重构制造系统RMS系统性能需要改变的幅度(即当前生产性能与目标生产性能的差值)Λ，找到对应的频谱上的振幅|Fn|，|Fn|和系统性能需要改变的幅度成正比，即满足|Fn| =kA，k为常数。找到|Fn|对应的ω值，如果ω < ω。，则说明应该进行的重构属于系统级的重构；如果《。< ω < ωρ则说明属于单元级的重构；如果ω> 则说明属于机床级的重构。如果振幅|Fn|对应的频率ω在多个区间，则说明对应的两种重构均可，此时则需要同时具体考虑重构的成本等其他因素做出重构决策。
[0073]如图3和图4所示，对两个不同的外部需求变化幅度、和A2，振幅值分别为IFnI1= IcA1和|Fn|2 = kA2。由图像可得，对需求变化幅度A1，在频率轴上对应的频率有ω/、ω/ ,和ω/，，;对需求变化幅度A2，在频率轴上对应的频率有ω2,。根据各个频率所处的区间，分析得出对需求变化幅度A1，选择在系统级和单元级进行重构；对需求变化幅度A2，选择在机床级进行重构。
[0074]众所周知，生产性能指的是可重构制造系统RMS的生产能力、加工质量、经济性等能够表征可重构制造系统RMS表现好坏的指标，一般情况下用生产能力来代表生产性能，所以本发明实施例提供的方法中所述生产性能信号是生产能力信号、加工质量信号或者经济性信号。
[0075]对所述生产性能信号进行分析，存在如下两种状况:第一种，所述振幅在所述生产性能信号为周期信号的时候对应于由所述频谱函数Fn得到的频谱图上的值；第二种，在所述生产性能信号为非周期信号的时候对应于由所述频谱密度函数F(co)得到的频谱图上的值。具体解释如下:在对一个生命周期的生产性能信号进行分析时，是将生产性能信号的一个生命周期进行拓延，变为周期函数进行傅里叶变换得到频谱函数Fn，是离散的，此时所述振幅为由频谱函数？?得到的频谱图上的值；在对生产性能信号的全生命周期进行分析时，是对非周期函数进行傅里叶变换得到频谱密度函数F(co)，是连续的，此时所述振幅为由频谱密度函数F(GJ)得到的频谱图上的值；频谱函数Fn和频谱密度函数F(GJ)均反映频率与振幅的关系。`
[0076]为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种可重构制造系统重构尺度选择的装置,如图5所示,包括:
[0077]用于获取可重构制造系统的生产性能信号的第一获取模块；
[0078]用于对所述生产性能信号做傅里叶变换得到生产性能信号的频谱Fn，从而得到频谱图的处理模块；
[0079]用于获取可重构制造系统RMS系统性能需要改变的幅度Λ的第二获取模块；
[0080]用于根据所述幅度△找到所述频谱上对应的振幅的第一查询模块；
[0081]用于根据所述振幅找到所述频谱上对应的频率值ω的第二查询模块；
[0082]用于获取各个尺度重构在频域上的分界点频率值的第三获取模块；
[0083]用于根据所述频率值ω与所述分界点频率值的比较结果判断出应该进行的重构所属的级别的判断模块。
[0084]需要说明的是，该装置实施例是与上述方法对应的装置，上述方法的所有实现方式均适用于该装置实施例中，也能达到与上述方法相同的技术效果。
[0085]其中，所述第三获取模块包括:
[0086]用于分别获取进行单元级重构和机床级重构的最长时间间隔Τ。和I；的第一获取单元和第二获取单元；
[0087]用于根据ω。= Ji Τ。和= Ji I；获取各个尺度重构在频域上的分界点频率值的第三获取单元，其中所述ω。为单元级重构和系统级重构的分界点频率值，所述为单元级重构和机床级重构的分界点频率值。
[0088]另，本发明实施例提供的装置中所述判断模块的具体判断步骤包括:
[0089]如果ω < ω。，则说明应该进行的重构属于系统级的重构；
[0090]如果ω。< ω < ω”则说明应该进行的重构属于单元级的重构；
[0091]如果ω > ω P则说明应该进行的重构属于机床级的重构；
[0092]如果所述频率ω在多个区间，则说明对应的多种重构均可。
[0093]众所周知，生产性能指的是可重构制造系统RMS的生产能力、加工质量、经济性等能够表征可重构制造系统RMS表现好坏的指标，一般情况下用生产能力来代表生产性能，所以本发明实施例提供的装置中所述生产性能信号是生产能力信号、加工质量信号或者经济性信号。
[0094]其中，所述振幅在所述生产性能信号为周期信号的时候对应于由所述频谱函数Fn得到的频谱图上的值，在所述生产性能信号为非周期信号时候对应于由所述频谱密度函数F(?)得到的频谱图上的值。
[0095]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。`
【权利要求】
1.一种可重构制造系统重构尺度选择的方法，其特征在于，包括: 获取可重构制造系统的生产性能信号； 对所述生产性能信号做傅里叶变换得到生产性能信号的频谱函数Fn或者频谱密度函数F(co)，从而得到频谱图； 获取可重构制造系统RMS系统性能需要改变的幅度Λ ； 根据所述幅度△找到所述频谱上对应的振幅； 根据所述振幅找到所述频谱上对应的频率值ω ； 获取各个尺度重构在频域上的分界点频率值； 根据所述频率值ω与所述分界点频率值的比较结果判断出应该进行的重构所属的级别。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取分界点频率值的步骤包括: 分别获取进行单元级重构和机床级重构的最长时间间隔Τ。和I；； 根据ω。= JiTcJP π I；获取各个尺度重构在频域上的分界点频率值，其中所述ω。为单元级重构和系统级重构的分界点频率值，所述为单元级重构和机床级重构的分界点频率值。
3.根据权利 要求2所述的方法，其特征在于，所述判断出应该进行的重构所属的级别的步骤包括: 如果ω < ω。，则说明应该进行的重构属于系统级的重构； 如果(0。< ω < ω”则说明应该进行的重构属于单元级的重构； 如果ω > ωρ则说明应该进行的重构属于机床级的重构； 如果所述频率ω在多个区间，则说明对应的多种重构均可。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生产性能信号是生产能力信号、加工质量信号或者经济性信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述振幅在所述生产性能信号为周期信号的时候对应于由所述频谱函数Fn得到的频谱图上的值，在所述生产性能信号为非周期信号的时候对应于由所述频谱密度函数F(co)得到的频谱图上的值。
6.一种可重构制造系统重构尺度选择的装置，其特征在于，包括: 用于获取可重构制造系统的生产性能信号的第一获取模块； 用于对所述生产性能信号做傅里叶变换得到生产性能信号的频谱Fn或者频谱密度函数F(co)，从而得到频谱图的处理模块； 用于获取可重构制造系统RMS系统性能需要改变的幅度Λ的第二获取模块； 用于根据所述幅度△找到所述频谱上对应的振幅的第一查询模块； 用于根据所述振幅找到所述频谱上对应的频率值ω的第二查询模块； 用于获取各个尺度重构在频域上的分界点频率值的第三获取模块； 用于根据所述频率值ω与所述分界点频率值的比较结果判断出应该进行的重构所属的级别的判断模块。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三获取模块包括: 用于分别获取进行单元级重构和机床级重构的最长时间间隔Τ。和I；的第一获取单元和第二获取单元；用于根据ω。= JiTc^P π I；获取各个尺度重构在频域上的分界点频率值的第三获取单元，其中所述ω。为单元级重构和系统级重构的分界点频率值，所述CO11为单元级重构和机床级重构的分界点频率值。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述判断模块的具体判断步骤包括: 如果ω < ω。，则说明应该进行的重构属于系统级的重构； 如果(0。< ω < ω”则说明应该进行的重构属于单元级的重构； 如果ω > ωρ则说明应该进行的重构属于机床级的重构； 如果所述频率ω在多个区间，则说明对应的多种重构均可。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述生产性能信号是生产能力信号、加工质量信号或者经济性信号。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述振幅在所述生产性能信号为周期信号的时候对应于由所述频谱函数Fn得到的频谱图上的值，在所述生产性能信号为非周期信号时候对应于由所述频谱密度`函数F(co)得到的频谱图上的值。
【文档编号】G06Q10/04GK103606012SQ201310462875
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】王国新, 鲍衍地, 阎艳, 杜景军, 王孟超 申请人:北京理工大学