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多年来,作为骨干参加完成国家有∨?,订单到达的随机性带来了设计和制造的复杂性。生产计划必须根据随机而来的订单不断调整滚动 ,每份订单、每套模具都可能产生新的物料 ,而为了满足交货周期 ,这些新物料必须尽快纳入需求计划。所以模具生产在统筹物料计划的同时 ,还必须考虑每一项目的进度实施情况 ,任何一个小的疏漏或变动都可能造成整个订单的延误。这一现象在零件计划阶段更为明显 ,模具从产品设计到零件计划的时间非常紧凑 ,有时还可能交叉或平行进行。而在制造过程中某些零件不可避免地会产生设计或工艺上的更改 ,那么由此产生的计划变更以及周期延长就更加难以控制了。其原因 ,除了一些技术水平等限制而暂不可控的因素外 ,主要是由设计与制造的实事隔离造成的。工艺设计时 ,设计员由于无法知道实际设备资源的动态状况 ,往往只能从工艺优化的角度 ,依赖经验来确定工序和加工设备。由此产生的偏差 ,要后续工作来弥补 ,则必然导致变更的频增。目前国内外主要采用CAPP和车间作业计划集成的方法解决此问题 ,其方法大致可分为三类[4 ] :(1 )非线性工艺规划 :在制定工艺时 ,产生多工艺方案 ,并按照一定优先级排序。从最高优先级方案开始逐一选择 ,直至满足当前车间资源状况为止。(2 )动态工艺规划 :面向车间的闭环CAPP系统 ,通过车间资源的动态反馈来产生实时优化的工艺方案。(3)分布式工艺规划 :工艺规划与车间计划作业及调度并行进行 ,分为两个阶段 ,在预规划阶段分析零件特征确定加工方法 ,同时估计加工能力 ,在详细规划阶段则匹配车间资源和加工任务。在分布式规划中 ,工艺规划和车间作业始终是平行的 ,实现了真正意义上的集成。但这种方式需要的相关配合信息多 ,交互机制复杂 ,设计过程改造大 ,特别是对多工艺设计的实现有很大难度。动态和非线性式的工艺规划 ,都属于校验———反馈式的方法 ,至少要等到工艺方案产生之后的车间作业编制阶段 ,才可以进行方案评价选择。虽然比起制造完成后的大反馈循环已经有了很大的改善 ,但这种反馈循环其实仍是一种设计返工 ,而这两种方式在解决多工艺问题时 ,同样存在很大困难。面向制造设计 (DFM)的思想 ,就是要拆除阻隔于设计和制造间的这堵墙 ,设法让两者实现无障碍交流 ,消减信息不畅造成的设计返工和制造困难 ,直接约束和评价———反馈是DFM中常用的两种方法。在细致研究设备动态约束的基础上 ,考虑到模具制造具有多设计同时进行、在制件多及设计时效要求高等特点 ,提出了一种柔性约束和评价相结合的间接集成方式。在工艺设计阶段 ,基于充分性原则分析交货期和车间资源负荷的实时状况 ,利用约束校验方式评价工艺路线 ,在不增加设计过程复杂性的前提下 ,在车间作业计划之前就完成工艺路线选择 ,避免了远距离的反馈循环。1 问题分析按OPT的思想[1 ] ,非瓶颈资源的利用程度 ,由瓶颈资源的能力决定 ,所以把焦点集中在关键设备上。根据上一部分的分析 ,在工艺设计阶段需要充分利用动态设备资源 ,而现在的问题是 ,如何获取设备的动态信息 ,并通过分析这些信息 ,对设计人员提出合理的建议。一般情况下 ,设备的最终分配是在零件计划中进行的 ,零件生产进度计划的实质是基于有限资源状况下的工程调度问题[2 ,3] ,这种问题一般采用近似的启发式算法进行 (次优 )求解。因此 ,工艺设计的设备选择并非最后的分配方案 ,但它为零件计划阶段的方案寻优提供了一个初始值 ,如果一个优化问题的初值近似于最优值 ,那么将会极大地缩短寻优过程。同样是设备分配 ,编制工艺毕竟不同于零件计划。零件计划阶段能获取更多更有效的信息 ,对它而言 ,资源动态信息是下一步编排的真实基础。在工艺设计阶段 ,实时信息只意味着当前的设备状况 ,而从现在到现有任务实际开工期这段时间的负荷情况是无法预知的。显然 ,缺乏足够的相关信息 ,用与编制零件计划相同的方法进行具体的排序和优化是不可行的 ,也是不必要的 ,工艺设计时考虑的是选择某种设备的可行性 ,而非最优性。虽然暂时不能确定现有任务的具体安排 ,却可得知完成该任务的起始期限和任务总量 ,对未来一段时间内的任务量也可进行粗略的估算。这样 ,判断设备对现有任务的满足程度就有了依据。因此 ,本问题的实质更接近于针对某项任务在现有设备状况下的设备粗能力估计 ,称之为设备资源动态约束检验 ,检验过后的能力平衡由设计员根据系统的提示完成。如果通过了检验 ,则证明目前来说设备的分配是可行的 ,即能同时满足设备约束和交货期约束这两个零件计划调度中最重要的条件 ,那么可以认为 ,这个解是较为接近最终结果的初始解。2 约束检验算法该算法的基本思想是 :如果一种设备选择完全满足约束条件 ,那么其在每个时间点都应该满足条件。反之 ,如果在某一个点不能满足 ,则确定该解应该被过滤掉。在以下算法中 ,选取了几个容易得到的特征点来分析被选设备动态负荷对交货期的满足情况 ,从而判断是否满足相应的简单必要条件。2 .1 面向单任务的设备资源约束检验算法为了方便描述问题 ,设定以下表示 :ta,tb,N———对于一个新任务分别为假定其最早开工期 ,最迟完工期 ,设备资源占用量 ;p(t)———某设备的单位时间额定资源量 ;w(t)———单位时间预计故障消耗资源量 ;v(t)———单位时间计划检修消耗资源量 ;f(t)———单位时间实际动态负荷量 ;s(t)———单位时间剩余资源量。假设单位时间以日计算 ,则对于工作日i,上述变量分别表示为 :pi、wi、vi、fi、si。在时间段 (ta,tb)内 ,某台设备能否提供足够的剩余资源量给新任务 ,可由式 (1 )检验 :∫tbtas(t)dt >N (1 )如果不等式成立 ,则说明检验通过 ,该设备有能力完成新任务 ,否则 ,该设备不能被分配给该任务 (工序 )。某段时间内的剩余资源量 ,应为额定资源量和实际动态负荷量 ,即现有任务安排负荷之差 ,同时考虑到设备并非总是处于可用状态 ,因而还要减去因设备故障和计划检修占用的资源量 ,表达式如下 :∫tbtas(t)dt=∫tbta[p(t) -w(t) -v(t) - f(t) ]dt (2 )由此可知 ,某段时间内的剩余资源量是时间t的函数 ,在时间段 (x ,y)内的剩余资源量可表示为 :S(x ,y) =∫yxs(t)dt为简化 ,时间单位按日计算。那么 :S(x ,y) =∫yxs(t)dt =∑yi=x(pi-wi-vi- fi) (3)以上是针对某一台设备的分析 ,在工艺设计时一般不会将工序分配到具体的设备。把具有相同加工能力的设备分为设备组 ,如车床CW61 36。为某道工序的加工任务选择具体的设备组 ,就必须分析某个设备组的动态负荷状况。设某个设备组共有n台设备 ,则设备j (j=1 ,2 ,… ,n)在工作日i的剩余资源量为 :sij =pij-wij-vij- fij由式 (1 )、(3)可得 ,新任务对于某一设备组的约束检验不等式为 :∑nj=1 ∑tbi=ta( pij-wij-vij-fij) >N (4)现在进一步分析各个组成项。额定负荷显然容易得知 ,动态负荷也可以通过查询车间计划获得。故障维修和计划检修都是在某个有限时间段内发生的 ,而且期间设备完全不可用。所以 ,并不需要在整个时间段 (ta,tb)内计算。设 Wj =∑tbi=tawij,并设设备 j目前处于故障状态 ,预计修复时间为tr,可以分析如下几种情况简单计算出Wj:当 :trN (5)2 .2 面向多任务的设备资源约束检验算法以上的分析是基于只有一个新任务的假设 ,而实际情况要复杂得多。对于一个零件的工艺来说 ,可能不止一道工序会选用同一设备组 ;对于一个模具的多个零件的工艺来说 ,一个设备组被多次分配的可能性就更大了。有时 ,一个工艺设计员可能会设计多套模具的零件工艺 ,但并不知道哪些已被编入零件计划。也有可能 ,多个工艺设计员同时在编制不同零件的工艺 ,由此产生了如何协调设备组选择的问题。显然 ,只针对一个新任务的约束检验是无法处理的。采用的方法是 ,把问题当作多任务共享有限资源处理[2 ] 。为此 ,引入虚拟设备资源占用量的概念。把在工艺设计中已经分配 ,但尚未编入零件计划的设备资源占用量称为虚拟设备资源占用量。某个设计员在进行一道工序的设备选择时 ,面对的是一个新任务、设备组的实际剩余资源量和虚拟资源占用量。这样 ,多任务的问题就简化为单任务的问题 ,因为其它所有先于该新任务选用某设备组的任务占用的资源量 ,都被统一归入虚拟设备资源占用量。在为每一个新任务分配完设备组后 ,该任务的设备资源占用量就立即变成虚拟设备资源占用量 ,以供下个新任务使用。对于每个任务 ,可以确定的信息是其最早开工期ta、最迟完工期tb和资源占用量N ,这里用 (ta,tb,N)表示。设第i日设备组j的虚拟设备资源占用量为lij,则对于新任务 (ta,tb,N)的约束检验不等式为 :∑nj=1 ∑tbi=ta( pij-fij-lij) -Wj-Vj >N (6)假设在已分配设备资源的所有任务 (指尚未编入零件计划的 ,下同 )中 ,最早的一个最早开工期是ts,最迟的一个最迟完工期是te,到te为止的虚拟资源总量为Ne。对于任一新任务 (ttb,N) ,设tb之前最迟的一个最迟完工期 (如果存在 )是tl,到tl为止的虚拟资源总量为Nl。通过分析ts、tl、te、ta、tb 之间的先后关系 ,不难推导出面向多任务的设备资源约束检验条件。情形 1 :tsN+Nl;S(ta,tb) >N ;S(ts,te) >N+Ne情形 2 :tsN ;S(ts,te) >N+Ne情形 3 :tsN ;S(ts,tb) >N+Ne情形 4 :ta N+Nl;S(ta,te) >N+Ne情形 5 :ta N +Ne情形 6 :ta N ;S(ta,te) >N +Ne其中剩余资源量S含义如式 (3)定义。实际设计过程中 ,所给出的检验条件并非是严格的充分条件 ,特别是在忽略许多细节 (例如加工时段的连续性 ) ,并做了多次简化处理的情况下 ,但作为粗略的、大致的能力估计 ,已经能够满足工程的要求。通过算法的实际应用 ,表明该算法是可行的。该算法对工艺设计员几乎是完全透明 ,绝大部分相关信息都能自动获取。设备选择时 ,设计员所做的只是给出该工序的估计额定工时 ,然后选设备 (组 )。如果所选设备组 ,不满足单任务的检验条件 ,则选择被拒绝 ;如果不满足多任务的检验条件 ,系统根据条件的满足程度 ,可以提出相应的建议。3 系统开发设备资源动态约束检验模块 ,是应用DFM思想开发的模具制造DFM系统中的一部分。该模块也可以嵌入任何一个CAPP系统 ,只要该系统能够获取模块所需的数据。数据信息的传递情况 ,可由图 1看出。模块获取的主要信息有 :(1 )设备组选择 ;(2 )设备资源动态信息 ,即各个设备的额定负荷 p、实际资源动态负荷量 f和设备状态w、v;(3)模具进度 ,用以推算出工序的最早开工期和最迟完工期。推算方法是 ,根据工序划分和工序的估计工时按比例分配时间。例如 ,某个模具的最早开工期和最迟完工期分别是T1 和T2 ,各阶段计划时间为 a1 ,a2 ,… ,an,∑ni=1ai,≤T2 -T1 ,其中粗加工的时间跨度为ak,则粗加工的最迟完工期为 T2 - ∑ki=1ai,最早开工期为T1 +∑k-1i=1ai。以同样的方法细分粗加工 ,就可以得出某个工序 ,如粗车的ta 和tb。由图 1可知 ,信息 (2 )可从设备资源管理模块获得 ,该模块与车间计划调度交互 ,得到设备的实时状态 ;信息 (3)可由模具进度计划获得 ;信息 (1 )由工艺员输入 ,如果是创成式CAPP ,则程序会直接生成。工艺设计时 (图 2 ) ,设计者选择某一设备 (组 ) ,输入相应的信息 (图 3) ,进行约束检验。具体实现过程如下 :(1 )根据上节所述方法 ,推算该工序的ta 和tb。该参数也可以用提出的方法获得。(2 )提取该设备动态负荷参数。(3)按照上面描述的算法进行约束检验。(4)如果不满足检验条件 ,则提示建议并结束。(见图 4)(5) (满足检验条件 )提示该工艺是否确定。(6)工艺确定后 ,该负荷作为新的虚拟负荷保存。图 1 设备资源动态约束检验及相关模图 2 工艺设计界面图 3 设备资源动态约束检验图 4 设备资源动态约束检验反馈4 结束语采用DFM的思想 ,有利于提高设计的一次成功率 ,减少由于设计返工而带来的一系列问题。这种思想可以渗透到制造设计过程的各个阶段 ,其间的每个规划和控制决策都会对整个过程产生影响。提出的一个透明的实用算法去辅助工艺决策 ,在几乎未改变任何系统结构甚至设计过程的情况下 ,取得了令人满意的效果模具工艺DFM中面向多任务的设备资源动态约束检验@谢健文$广东工业大学机电学院CIMS重点实验室!广东广州510090 @陈新$广东工业大学机电学院CIMS重点实验室!广东广州510090 @王红军$广东工业大学机电学院CIMS重点实验室!广东广州510090 @何汉武$广东工业大学机电学院CIMS重点实验室!广东广州510090面向制造设计(DFM);;动态约束检验;;剩余资源量;;虚拟设备资源占用量针对模具制造的特点以及实际生产中出现的问题,采用DFM思想详细分析了设备资源动态约束检验的必要性和可行性。提出了一个检验设备资源动态约束的实用算法,该算法可以成功实现对设备动态能力的估计,辅助工艺设计人员进行工艺决策,具有全透明和应用简便等特点,并开发了相应的软件系统[1] 潘家轺.现代生产管理学[M ].北京:清华大学出版社,1998:108-122. [2] 陈庆新.基于有限制造资源约束的订货式产品生产粗能力的估计[J].工程数学学报,1999,(4):78-88. [3] 王梦光.资源受限工程调度问题的最新发展[J].控制与决策,1996,增刊:105-112. [4] 唐敦兵.CAPP与车间作业计划集成的研究[J].中国机械工程,1997,(6):15-17.国家自然科学基金资助项目(599850 0 2
源自:   《》
1引言 在复杂的社会经济系统中,决策通常是由处于系统等级结构上的多个决策序列进行.这种多级决策问题往往用多级数学规划模型来描述. 现实的两级分散系统中,某些决策变量可用整变量描述,而且决策者对决策结果的评价往往要多个指标进行评价,这便形成以复杂的的含整变量的多目标两级决策问题。
源自: 一类复杂的两级决策及其求解方法  《全国青年管理科学与系统科学研讨会》1995
华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 595 多输入多输出非线性系统辨识与解耦控制实际的工业生产过程规模越来越大,被控系统的结构和功能越来越复杂,需要控制的变量不止一对,而且变量之间互相关联,这一类系统被称之为耦合系统
源自: 两类非线性过程的智能控制方法及其应用研究  《华中科技大学博士学位论文》2005
然而,城市又是生态系统中最为复杂的 一30一类型,属于复杂系统,具有变量多、机制复杂、结构层次难以定界、不确定性因素的作用显著等特点121。
源自: 我国计划单列城市整体发展水平的多目标多层次模糊综...  《系统工程与电子技术》1993年08期
三北地区农业发展sd模型共有18个状态方程、32个流率方程和126个辅助方程,系统阶数由系统中状态变量和延迟流位的数目确定,因此该模型是一个高阶次、多目标、非线性反馈机制的复杂系统,无法求其数学解析解,只能由系统模拟求其数值解。
源自: 改变三北地区干旱荒漠面貌需水量的基本估计  《河北林果研究》1997年04期
中医早就自发采用的多输入—多输出状态变量系统分析法又是 2 0世纪 6 0年代才出现的现代控制论处理复杂系统系统分析法。
源自: 后基因组时代的统一医药学——展望21世纪复杂性科...  《中国中西医结合杂志》2002年02期
系统辩织是1965年后发展起来的新兴学科,它是现代控制论的重要组成部分,它对于系统工况不太清楚或比较复杂建模效果非常好,尤其对于多输入多输出的时变变量系统更有意义。
源自: 带锯机高弹性顶杆式张紧系统系统辩识的研究  《木工机床》2002年01期
何况试错法(“神农尝百草日遇七十毒”)又是科学哲学权威波普尔(pq刀赐o大力倡导的“证伪”(“否证”)的科学方法[“];中医早就自发采用的多输人一多输出状态变量系统分析法又是叨世纪60年代才出现的现代控制论处理复杂系统系统分析法。
源自: 后基因组时代的统一医药学——展望21世纪复杂性科...  《中国中西医结合学会成立20周年纪念大会》2001
第五章 多维系统耦合评价研究5.1 引 言多分力 wft 是一个复杂的耦合系统,耦合研究、控制系统变量配对及解耦效果评价都要涉及到系统耦合度计算,耦合度计算目前尚待深入研究。
源自: 多分力车轮力传感器研究及其在汽车道路试验中的应用  《东南大学博士学位论文》2001
何况试错法(“神农尝百草日遇七十毒”)又是波普尔(popper)大力倡导的“证伪”(“否证”)的科学方法;中医早就自发采用的多输入一多输出状态变量系统分析法又暗合20世纪60年代才出现的现代控制论处理复杂系统系统分析法。
源自: 中西医方法论比较研究——兼论中医的科学性  《武汉理工大学硕士学位论文》2003
 
 
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