多阶段混联生产线分布式协同决策控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及产品制造技术领域，特别涉及一种多阶段混联生产线分布式协同决策 控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 生产线布局主要包括各功能段之间的关联方式、各段内子线之间的关联方式、各 子线内部的工位排布方式等。制造加工领域中，生产系统中的生产线、工位、工序等有几种 常见的布局方式，如在大规模制造流水线布局方式中，每个工位对应一个操作较为简单的 工序，工位与工位之间通过串联的方式布局成一条生产线；在单元式布局方式中，生产线上 的工位数较少，每个工位对应多个工序，工位与工位、生产线和生产线之间存在相互协调的 关系。
[0003] 生产要素布置方法是在组织方式确定的条件下，通过生产线平衡等规划方法，以 产量、成本、生产时间等为优化目标，对人员、工序、设备等进行布置安排。
[0004] 生产线平衡的主要方法是将人员、工序、设备按照产品确定的生产周期进行组织， 使流水线上每个工位的操作时间尽量一致，以期降低生产线的节拍。
[0005] 生产线的节拍是指连续完成相同的两个产品之间的间隔时间，通常把一个流程中 生产节拍最慢的工位叫做瓶颈工位。生产线的产能与生产节拍直接相关，而生产节拍受制 于瓶颈工位的时间。生产线平衡规划即是将生产的全部工序分配到工位中去，调整各工位 的操作时间使其尽可能相近，降低生产节拍、提高产能。
[0006] 在劳动密集型生产系统中，工艺的实际执行由人而非设备完成，节拍波动范围大 且没有规律，任一工位随时都可能会变成瓶颈工位，且持续时间不定。对于传统流水线，当 某工位A变为瓶颈工位时，A之前的在制品会逐渐堵塞，直到A的上游生产完全停止，等待A 完成工作；而A之后的在制品会逐渐变少，直到A的下游生广线完全空闲，等待上游的在制 品流下来加工。
[0007] 将传统流水线分段并联，出现堵塞时可以迅速分流到其他线体继续加工，能够有 效提升生产效率，具体分段并联的布局设计方式参见参考文献1 (赵勇，潘晓勇，李春川，生 产线布局优化设计方法[发明]，【申请号】201210559252. 9)。目前的问题在于，线体并联 后，在制品在功能段之间面临多条线体，如何使在制品流向正确的线体，才能够实现生产效 率最尚是急需解决的问题。
【发明内容】
[0008] 【要解决的技术问题】
[0009] 本发明的目的是提供一种多阶段混联生产线分布式协同决策控制系统及方法，以 解决如何在每两个功能段之间寻找到合适的产品上线位置，从而使得整个生产过程的效率 达到最优的问题。
[0010] 【技术方案】
[0011] 本发明是通过以下技术方案实现的。
[0012] 本发明首先涉及一种多阶段混联生产线分布式协同决策控制系统，包括上线决策 模块、下线决策模块和主控模块，
[0013] 所述上线决策模块被配置成：计算各个未阻塞的生产线的混线率、负载均衡值和 UPH(Units Per Hour，每小时件数）值，根据下列决策函数计算得到各个生产线的决策指标 index^indexf (C混线率i：i，）a(C负载均衡,，其中α，β，γ为随机数，i为生产线 编号，^线率^、（:鋪均心，、CUPHil，分别为第i个生产线的混线率的归一化值、负载均衡值的 归一化值和UPH值的归一化值，最后选择决策指标最大的生产线作为上线决策结果；
[0014] 所述下线决策模块被配置成：初始化最近截止时间并选择一个需要下线的生产 线的队首产品，判断该产品的剩余生产时间是否小于等于小车的单次最大运行时间以及判 断该产品的生产截止时间是否小于最近截止时间，如果两个条件都满足则设置当前生产线 为最优生产线并设置当前的生产截止时间为最近截止时间，反之则选择其他生产线进行遍 历；
[0015] 所述主控模块被配置成：收集所有生产段的生产信息，对每一个决策点的决策函 数中的参数值进行调整，使得决策函数的决策值变大，所述生产信息包括每一个生产段中 的每一个生产线的混线率、负载均衡值和UPH值，所述决策点设置在每两个生产段之间。
[0016] 作为一种优选的实施方式，所述混线率为生产线上所包含产品的型号数的倒数：
[0017] 作为另一种优选的实施方式，所述负载均衡值通过下式进行计算：
其中，μ为所有生产线上产品数量的均值。
[0018] 作为另一种优选的实施方式，所述UPH为一段时间内在一个生产线的下线产品数 量加一。
[0019] 作为另一种优选的实施方式，所述生产段包括预装段、箱发段、分型段、总装段、测 试段、清洗段。
[0020] 本发明还涉及一种多阶段混联生产线分布式协同决策控制方法，包括上线决策、 下线决策和总体决策，
[0021] 所述上线决策包括步骤：
[0022] Α1 :初始化各生产线的混线率值、负载均衡值和UPH值；
[0023] Β1 :计算所有生产线上产品数量的均值；
[0024] C1 :选择一个生产线；
[0025] D1 :判断生产线是否阻塞，如果未堵塞则计算该生产线的混线率、负载均衡值和 UPH值，计算完后执行步骤Ε1，如果堵塞则直接执行步骤Ε1 ;
[0026] Ε1 :判断是否遍历完所有的生产线，如果否则返回步骤C1，如果是则执行步骤F1 ;
[0027] F1 :根据下列决策函数计算得到各个生产线的决策指标index1:
[0028] indeXl= (C混线率) a (C负载均衡,r ) e (CUPHil，）γ，其中a，β，γ为随机数，i为生产 线编号，、CUPHil，分别为第i个生产线的混线率的归一化值、负载均衡值 的归一化值和UPH值的归一化值；
[0029] G1 :选择决策指标最大的生产线作为上线决策结果，
[0030] 所述下线决策包括步骤：
[0031] A2 :初始化最近截止时间；
[0032] B2 :选择一个需要下线的生产线的队首产品；
[0033] C2:判断该产品的剩余生产时间是否小于等于小车的单次最大运行时间，如果是 则执行步骤D2,反之则执行步骤E2 ;
[0034] D2:判断该产品的生产截止时间是否小于最近截止时间，如果是则设置当前生产 线为最优生产线并设置当前的生产截止时间为最近截止时间，执行步骤E2,如果否则直接 执行步骤E2 ;
[0035] E2 :判断是否遍历完所有的生产线，如果是则结束下线决策，反之则返回步骤B2，
[0036] 所述总体决策包括：收集所有生产段的生产信息，对每一个决策点的决策函数中 的参数值进行调整，使得决策函数的决策值变大，所述生产信息包括每一个生产段中的每 一个生产线的混线率、负载均衡和UPH，所述决策点设置在每两个生产段之间。
[0037] 作为一种优选的实施方式，所述混线率为生产线上所包含产品的型号数的倒数：
[0038] 作为另一种优选的实施方式，所述负载均衡值通过下式进行计算：
，其中，μ为所有生产线上产品数量的均值。
[0039] 作为另一种优选的实施方式，所述UPH值为一段时间内在一个生产线的下线产品 数量加一。
[0040] 作为另一种优选的实施方式，所述生产段包括预装段、箱发段、分型段、总装段、测 试段、清洗段。
[0041] 【有益效果】
[0042] 本发明提出的技术方案具有以下有益效果：
[0043] 本发明通过决策函数对产品的上线和下线进行决策，并综合所有生产段的信息， 对决策函数中的参数进行调整，使得整个生产过程的效率达到最优。
【具体实施方式】
[0044] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的【具体实施方式】 进行清楚、完整的描述。
[0045] 实施例一
[0046] 实施例一提供一种多阶段混联生产线分布式协同决策控制系统，该系统包括上线 决策模块、下线决策模块和主控模块。本实施例中的生产段包括预装段、箱发段、分型段、总 装段、测试段、清洗段。
[0047] (一）上线决策模块
[0048] 上线决策模块被配置成：计算各个未阻塞的生产线的混线率、负载均衡值和UPH 值，根据下列决策函数计算得到各个生产线的决策指标indexi:index ;= (C ）α (C负载 均衡乂"⑴咖:^^其中^^丫为随机数^为生广线编号^混线率^^负载均衡^^^^'分 别为第i个生产线的混线率的归一化值、负载均衡值的归一化值和UPH值的归一化值，最后 选择决策指标最大的生产线作为上线决策结果。
[0049] 下面对上线决策模块进行说明。
[0050] 在进行上线决策时需要考虑混线率、负载均衡和UPH这三个因素。
[0051] 对于混线率，可以取生产线上所包含型号数的倒数作为其衡量的指标，其值是越 大越好。即：
[0053] 对于负载均衡值，可以选择以下式子作为衡量标准：
[0055] 其中，μ为当前步骤所有生产线上产品数的平均值，￥^为生产线上的产品数。 该标准会倾向于选择生产线上产品数小于平均值的生产线进行上线，从而使得各条生产线 的产品数更为平衡。选择指数形式的原因是避免该值为负数，在最后的决策函数中不好处 理，C鋪均衡是越大越好。
[0056] 对于UPH值，需要统计一段时间内在该生产线的