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      基于“作業(yè)—資源流圖”的裝配系統(tǒng)分析模型快速構(gòu)建方法

      2015-12-02 01:23:56閆振國(guó)
      關(guān)鍵詞:分析模型工序定義

      張 杰,閆振國(guó),王 攀,左 咪

      (西北工業(yè)大學(xué) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)與集成制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710072)

      0 引言

      由于產(chǎn)品特性和數(shù)字化生產(chǎn)線技術(shù)水平的差異,各類裝備制造業(yè)的裝配作業(yè)組織模式不盡相同。例如,在汽車、電子和玩具制造業(yè),自動(dòng)化流水線在保證生產(chǎn)效益、降低成本方面獲得了巨大成功。但在航空、船舶和軍工等大型復(fù)雜產(chǎn)品裝配中,由于產(chǎn)品尺寸大、零部件數(shù)量多、手工和自動(dòng)化作業(yè)并存等問題,導(dǎo)致自動(dòng)化流水作業(yè)模式的應(yīng)用存在困難。這類產(chǎn)品通常在離散的地理區(qū)域內(nèi)分級(jí)、分階段實(shí)施裝配,且各裝配站具有一定的獨(dú)立性和自治性,較難采用統(tǒng)一的運(yùn)輸單元強(qiáng)制保證生產(chǎn)節(jié)拍[1]。因此,如何利用裝配作業(yè)過程模型準(zhǔn)確掌握系統(tǒng)性能、合理配置現(xiàn)場(chǎng)資源[2],已經(jīng)成為此類產(chǎn)品裝配作業(yè)控制需要解決的首要問題。

      多年來,由于基于離散事件系統(tǒng)(Discrete Event System,DES)的建模和仿真方法能夠有效解析制造系統(tǒng)中零部件狀態(tài)和資源間的作用關(guān)系,被廣泛應(yīng)用于制造系統(tǒng)建模與性能分析[3-4]。其中具有代表性的有:①基于排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的裝配系統(tǒng)性能分析方法,即通過生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型獲取系統(tǒng)性能和緩沖區(qū)參數(shù)[5-6];②以事件驅(qū)動(dòng)鏈[7]、活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖[8]為代表的作業(yè)活動(dòng)建模與分析方法,即利用工作流描述作業(yè)過程,通過離散事件分析方法獲取系統(tǒng)參數(shù);③基于Petri網(wǎng)的作業(yè)過程建模與分析方法[9],即借助Petri網(wǎng)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表述和結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)來分析系統(tǒng)參數(shù)[10]。此外,在上述基本離散事件建模的基礎(chǔ)上,學(xué)者們還采用著色集合[11]分析混流裝配系統(tǒng)的性能或進(jìn)行排產(chǎn),運(yùn)用隨機(jī)過程及概率模型仿真現(xiàn)場(chǎng)的不確定性因素[12-14],指導(dǎo)具有實(shí)踐意義的系統(tǒng)改進(jìn)過程。

      綜合分析發(fā)現(xiàn),離散事件模型是反映裝配系統(tǒng)中零部件、設(shè)備及人員等實(shí)體有序作用的重要載體,是獲取系統(tǒng)參數(shù)和提升性能的重要支撐。但是,構(gòu)造離散事件模型是一項(xiàng)復(fù)雜而繁瑣的工作,現(xiàn)場(chǎng)人員需要掌握離散事件的各類數(shù)學(xué)定義、符號(hào)及分析方法,且最終建立的分析模型與現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的直觀表現(xiàn)形式相差甚遠(yuǎn),使該項(xiàng)工作對(duì)建模人員提出了極高的要求。雖然一些商業(yè)軟件能夠采用直觀的方式輔助人們獲取生產(chǎn)過程模型,但多數(shù)側(cè)重于車間物流過程的模擬和性能分析[15-16],且價(jià)格昂貴。

      本文探討一種基于“作業(yè)—資源流圖”的裝配系統(tǒng)分析模型快速構(gòu)建方法。首先通過裝配站的工序流與資源供給流簡(jiǎn)易表達(dá)作業(yè)與資源的相互作用,實(shí)現(xiàn)裝配現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)邏輯過程的直觀、簡(jiǎn)易建模;然后通過構(gòu)建模型元素的映射函數(shù)和作業(yè)規(guī)則,將邏輯模型自動(dòng)生成可用于系統(tǒng)性能分析的Petri網(wǎng)模型,實(shí)現(xiàn)基于離散事件的裝配系統(tǒng)性能快速分析、控制與優(yōu)化。

      1 裝配作業(yè)邏輯的“作業(yè)—資源流圖”建模

      復(fù)雜產(chǎn)品裝配的作業(yè)實(shí)體是一系列具有交付關(guān)系的裝配站,即一組具有獨(dú)立裝配能力的基本作業(yè)單元。若將任意裝配站看作一個(gè)模塊化、可重復(fù)使用的模型單元,則裝配過程建模問題可轉(zhuǎn)化為裝配站建模問題。為有效描述裝配站內(nèi)部作業(yè)的運(yùn)行邏輯,不但要考慮站內(nèi)作業(yè)的裝配體交付關(guān)系及其狀態(tài)變遷,還要關(guān)注資源對(duì)作業(yè)的約束作用。

      1.1 基本定義

      為便于后續(xù)討論,給出裝配站的形式化定義:

      定義1 設(shè)任意裝配站可表示為St={Ts,Tr,Rs,F(xiàn)s},其中:

      Ts={tsi|i=0,1,…,n}為裝配站中的工序作業(yè)集合;

      Tr=(trij)n×n為工序作業(yè)的鄰接關(guān)系矩陣,若tsi與tsj有緊前關(guān)系,則trij=1,否則trij=0;

      Rs={rsj|j=1,2,…,m}為裝配站中的資源集合,包括作業(yè)所必須的人員、工具和工裝等;

      Fs=(fsij)n×m為裝配站內(nèi)工序作業(yè)集合的資源匹配矩陣,若tsi與rsj有匹配關(guān)系,則fsij→N+表示工序?qū)Y源的需求數(shù)量,否則fsij=0。

      為了建立裝配作業(yè)性能量化分析的基礎(chǔ),本文將進(jìn)一步考慮工序和資源的屬性信息。對(duì)于任意tsi∈Ts,給出如下定義:

      定義2 設(shè)裝配站中的任意工序可表示為tsi={Nt,tm,Rc},其中:

      Nt為工序名稱,可通過編碼規(guī)則保證唯一性;

      tm 為工序作業(yè)時(shí)間,一般為額定工時(shí);

      Rc為工序所需的作業(yè)資源集合,Rc?Rs。

      資源泛指裝配過程中所需的物質(zhì)要素,分為兩類:①待裝配零部件,它們最終會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的組成部分;②作業(yè)所需的人員、裝備和工具等,這些物質(zhì)要素能夠重復(fù)使用,并且不隨產(chǎn)品狀態(tài)的變化而改變本身的屬性,本文將其統(tǒng)稱為作業(yè)資源。資源作為一種基本的物質(zhì)條件,與作業(yè)時(shí)間結(jié)合能夠有效度量系統(tǒng)性能。為便于后續(xù)分析,進(jìn)一步給出作業(yè)資源的定義:

      定義3 設(shè)任意裝配作業(yè)資源可表示為rsj={Nr,tp,cm},其中:

      Nr為作業(yè)資源名稱,可通過編碼規(guī)則保證唯一性;

      tp 為作業(yè)資源的類型,若為共享資源則tp=1,若為專用資源則tp=0;

      cm 為資源的最大可用數(shù)量,cm→N+。

      在上述定義中,共享資源指裝配站內(nèi)可服務(wù)于兩個(gè)以上工序的資源,而專用資源僅能被某一道工序使用。

      1.2 “作業(yè)—資源流圖”模型構(gòu)建

      為便于現(xiàn)場(chǎng)人員實(shí)現(xiàn)站內(nèi)作業(yè)邏輯的快速描述,可將作業(yè)過程直觀抽象成工序和資源環(huán)流的循環(huán)過程。在實(shí)施每道工序時(shí),有相應(yīng)的配套資源作為支撐條件,這些資源在工序完成后又回到初始狀態(tài)供下一個(gè)在制品使用。本文給出“作業(yè)—資源流圖”的定義如下:

      定義4 設(shè)裝配站的“作業(yè)—資源流圖”可表示為Trfc={Ts,Rf,F(xiàn)s},其中:

      Ts={tsi|i=0,1,…,n}為定義1中工序?qū)?yīng)節(jié)點(diǎn)的有限集合;

      Rf={rfj|j=1,2,…,m}為資源節(jié)點(diǎn)的有限集合,由定義2中所述的資源構(gòu)成,但Rs中的同一資源可能對(duì)應(yīng)多個(gè)資源節(jié)點(diǎn);

      Fs為流關(guān)系,F(xiàn)s=Ft∪Fr,F(xiàn)t由工序節(jié)點(diǎn)間的連接弧構(gòu)成,F(xiàn)r 由資源與工序節(jié)點(diǎn)間的連接弧構(gòu)成。

      分析發(fā)現(xiàn),定義4可概括為裝配現(xiàn)場(chǎng)兩類業(yè)務(wù)流的映射,即一個(gè)工序業(yè)務(wù)流La 與資源供給流集合Lr={lr1,lr2,…,lrm}。對(duì)于裝配現(xiàn)場(chǎng)人員來說,裝配過程的這兩類業(yè)務(wù)流是最容易理解和掌握的內(nèi)容。

      (1)工序作業(yè)流

      同類產(chǎn)品會(huì)經(jīng)歷相同的裝配過程,因此每個(gè)裝配站只存在一個(gè)工序作業(yè)流。在作業(yè)過程建模中,可結(jié)合定義1中工序集合Ts的鄰接關(guān)系矩陣快速生成La,具體為:①提取Tr中任務(wù)的緊前關(guān)系,建立帶有裝配順序的工序序列Ts′={ts′1,ts′2,…,ts′n};②采用連接弧順序連接Ts′中的工序,并采用連接弧ft(ts′n,ts′1)連接ts′n與ts′1,則可形成連接弧集合Ft={ft1,ft2,…,ftn}。

      (2)資源供給流

      與工序作業(yè)流不同,資源供給流在裝配站內(nèi)部不唯一。資源供給流的構(gòu)建要考慮多種因素,如專用資源、共享資源和資源數(shù)量等。結(jié)合本文定義,給出資源供給流集合Lr的獲取步驟如下:

      步驟1 ?ts′i∈Ts′,獲取工序所需的資源集合Rc。

      步驟2 ?rcj∈Rc,創(chuàng)建工序作業(yè)流圖的資源節(jié)點(diǎn)rfp。

      步驟3 ?rfp,首先建立工序的資源供給弧fr(rfp,ts′i),然后建 立工序 的資源 釋放弧fr(ts′i,rfp),由此構(gòu)成一個(gè)資源供給流lr。

      步驟4 轉(zhuǎn)步驟2,直至遍歷完集合Rc中的所有元素。

      步驟5 轉(zhuǎn)步驟1,直至遍歷完集合Ts′中的所有元素。

      2 Petri網(wǎng)性能分析模型的自動(dòng)生成

      從上述內(nèi)容看出,“作業(yè)—資源流圖”有效給出了裝配站內(nèi)部的作業(yè)邏輯,非常便于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)建模人員快速掌握。但它還不是一個(gè)可用于作業(yè)性能分析的結(jié)構(gòu)化模型,也不能充分利用各類離散事件分析方法。本章將從離散事件建模的角度構(gòu)建一系列映射函數(shù)和轉(zhuǎn)換規(guī)則,實(shí)現(xiàn)“作業(yè)—資源流圖”向Petri網(wǎng)性能分析模型的自動(dòng)轉(zhuǎn)化。

      2.1 離散事件與狀態(tài)的提取與映射

      在裝配作業(yè)中,裝配體的狀態(tài)會(huì)在一系列時(shí)間點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)移,且每個(gè)狀態(tài)的變化都與特定的工序直接相關(guān),這一特性符合離散事件建模的兩個(gè)關(guān)鍵特征:①裝配體演變的狀態(tài)空間是離散集;②裝配體的狀態(tài)轉(zhuǎn)移可看作是工序作業(yè)事件驅(qū)動(dòng)發(fā)生的。

      (1)事件集的提取與映射

      若裝配體狀態(tài)演變的時(shí)間序列為t1<t2<…<tn,則與其對(duì)應(yīng)的事件集合為E={e1,e2,…,en},建立如下映射函數(shù):

      式中Ts′為工序作業(yè)集合,且有ei=φ(ts′i,ti)。式(1)說明,可將任意tsi∈Ts′映射為一個(gè)事件。

      (2)狀態(tài)集的提取與映射

      分析“作業(yè)—資源流圖”發(fā)現(xiàn),裝配站的過程建模需要關(guān)注兩類物質(zhì)的狀態(tài)變化:一類是裝配體本身的狀態(tài),它由工序?qū)?yīng)的事件驅(qū)動(dòng),例如一架飛機(jī)的中機(jī)身壁板預(yù)裝配、壁板拼接后都對(duì)應(yīng)不同的狀態(tài);另一類是現(xiàn)場(chǎng)資源的使用狀態(tài),它們?cè)谧鳂I(yè)執(zhí)行過程中被占用,在作業(yè)完成后被釋放,例如中機(jī)身壁板拼接中使用的工裝和作業(yè)人員。上述兩類狀態(tài)與事件結(jié)合,可有效刻畫裝配系統(tǒng)的局部狀態(tài)。由于狀態(tài)在裝配過程中是不斷變化的,需要建立一系列容器來存放每一時(shí)刻的狀態(tài)。以定義4為基礎(chǔ),進(jìn)一步給出如下定義:

      定義5 設(shè)裝配作業(yè)狀態(tài)容器為C={Cr,Cp},其中:

      Cr={cri|i=1,2,…,p}為資源供給流對(duì)應(yīng)的狀態(tài)容器集合,主要存儲(chǔ)模型中資源的變化情況;

      Cp={cpj|j=1,2,…,q}為工序作業(yè)流對(duì)應(yīng)的狀態(tài)容器集合,主要存儲(chǔ)模型中裝配體的變化情況。

      若?ti時(shí)刻的裝配作業(yè)狀態(tài)為Si,則該作業(yè)狀態(tài)可通過下式獲得:

      式中:Count()為數(shù)量取值函數(shù),Count(Cr)為資源狀態(tài)容器中資源數(shù)量標(biāo)識(shí)構(gòu)成的集合,Count(Cp)為在制品數(shù)量標(biāo)識(shí)集合。式(3)說明裝配站內(nèi)部的資源與在制品數(shù)量是守恒的,且M →N+。若考慮事件集合E 驅(qū)動(dòng)下所有的可能狀態(tài),則可構(gòu)成裝配過程中的離散狀態(tài)集S={Si|i=0,1,…,k}。

      2.2 Petri網(wǎng)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成與規(guī)則設(shè)定

      結(jié)合對(duì)“作業(yè)—資源流圖”中“事件”和“狀態(tài)”的分析,可建立能夠用于定量性能分析的Petri網(wǎng)模型自動(dòng)生成方法。

      2.2.1 網(wǎng)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成

      首先給出基本定義:

      定義6 設(shè)Petri網(wǎng)分析模型可表示為P=(E,C,F(xiàn),K,TI,W,S0),其中:

      E={e1,e2,…,en}為裝配 作業(yè)事 件的有 限集合;

      C={c1,c2,…,cm}為作業(yè) 狀態(tài)容 器的有 限集合;

      F 為流關(guān)系,F(xiàn)?(C×E)∪(E×C),由“作業(yè)—資源流圖”轉(zhuǎn)換形成;

      K:C→N+∪{∞}為位置容量函數(shù),若?ci∈Cr則ki表示資源的最大可用數(shù)量,若?ci∈Cp則ki表示在制品控制量的上限;

      TI={ti1,ti2,…,tin}為事件的延遲時(shí)間,即工序的額定工時(shí);

      W:F→N+為弧權(quán)函數(shù),一般表示資源供給的最低數(shù)量要求;

      S0:C→N 為裝配站的初始生產(chǎn)狀態(tài),滿足?c∈C:S0(c)<K(c)。

      Petri網(wǎng)分析模型是一個(gè)典型的P/T 系統(tǒng),主要包含兩方面內(nèi)容:①∑={E,C,F(xiàn)},是由“作業(yè)—資源流圖”轉(zhuǎn)化的網(wǎng)結(jié)構(gòu);②由資源配置、工時(shí)設(shè)置、在制品控制等要素構(gòu)成的裝配現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)約束和規(guī)則。依據(jù)上述討論,可實(shí)現(xiàn)Petri網(wǎng)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)轉(zhuǎn)化,具體步驟如下:

      步驟1 獲取一個(gè)裝配站的“作業(yè)—資源流圖”Trfc。

      步驟2 采用映射函數(shù)式(2),生成P 中的事件集合E。

      步驟3 依據(jù)資源供給流集合Lr,生成P 中的資源狀態(tài)容器集合Cr。

      步驟4 依據(jù)作業(yè)流La,生成P 中的作業(yè)狀態(tài)容器集合Cp。

      步驟5 將Trfc中的流關(guān)系Fs逐一轉(zhuǎn)換為P中的流關(guān)系F。

      步驟6 輸出裝配站Petri網(wǎng)分析模型的網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

      2.2.2 裝配作業(yè)規(guī)則的設(shè)定

      作業(yè)規(guī)則添加是性能分析模型構(gòu)建的關(guān)鍵步驟,它定義了資源的使用要求、工序邏輯控制要求和生產(chǎn)狀態(tài)配置要求等。

      (1)裝配資源總量的添加規(guī)則

      在性能分析模型中,?rs∈RS 都有相應(yīng)的狀態(tài)容器cr 與之對(duì)應(yīng),參考定義3和定義6,可給出如下映射函數(shù):

      式中:cm(rs)為裝配站中資源rs的最大可用數(shù)量,K(cr)為P 中資源容器cr 的位置容量。

      (2)作業(yè)資源需求數(shù)量的添加規(guī)則

      工序作業(yè)對(duì)應(yīng)的事件在激發(fā)過程中需要用到不同種類和數(shù)量的資源,例如:中機(jī)身的右壁板裝配需要型架1個(gè)、通用工具和作業(yè)人員若干。對(duì)于?e∈E,都有資源供給的閉環(huán)結(jié)構(gòu)cr→f(cr,e)→e→f(e,cr),可通過有向弧的弧權(quán)函數(shù)來表示工序資源數(shù)量的需求規(guī)則,并建立如下映射函數(shù):

      式中f2和f3分別將事件對(duì)資源rs的需求數(shù)量映射為資源供給弧和釋放弧的弧權(quán)函數(shù)值。

      (3)裝配作業(yè)工時(shí)的添加規(guī)則

      將?e∈E 與一個(gè)固定延遲時(shí)間綁定,建立如下映射函數(shù):

      式中:tm(ts′)為工序ts′的額定工時(shí),TI(e)為事件e的延遲時(shí)間。

      (4)初始生產(chǎn)狀態(tài)的設(shè)定規(guī)則

      為開展定量分析工作,需要在網(wǎng)結(jié)構(gòu)中定義裝配站初始生產(chǎn)狀態(tài)S0。由式(2)可知,S0對(duì)應(yīng)于裝配作業(yè)之初的t1時(shí)刻。此時(shí),必然存在?Count(cri)>0來保證所有工序都可獲得相應(yīng)的資源,并且工序作業(yè)流中的狀態(tài)標(biāo)識(shí)存在如下約束:

      式(7)說明,為了進(jìn)行性能分析,在裝配系統(tǒng)運(yùn)行之初要給出批次投產(chǎn)數(shù)量(在制品控制數(shù)量),即設(shè)定Count(cp1)的值。進(jìn)一步,可將初始生產(chǎn)狀態(tài)S0簡(jiǎn)化表示為:

      式中:Qp為批次投產(chǎn)數(shù)量,Ni為狀態(tài)容器cri對(duì)應(yīng)的可用資源數(shù)量,其余容器的標(biāo)識(shí)數(shù)量都為0。

      以上述工作為基礎(chǔ),結(jié)合應(yīng)用程序開發(fā)可使分析模型具備裝配現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)化描述能力。一般來說,性能分析模型在應(yīng)用過程中不需要頻繁更改。針對(duì)不同的車間訂單要求,管理人員可通過調(diào)整系統(tǒng)的初始生產(chǎn)狀態(tài)來模擬實(shí)際生產(chǎn)情況,并獲得相應(yīng)的性能參數(shù)。

      3 實(shí)例分析與計(jì)算

      為驗(yàn)證上述方法的有效性,采用某型飛機(jī)的襟副翼裝配站為對(duì)象,進(jìn)行實(shí)例分析與計(jì)算工作。

      3.1 襟副翼裝配的“作業(yè)—資源流圖”構(gòu)建

      襟副翼裝配所需的資源和工序如表1和表2所示。

      表1 襟副翼裝配所需資源

      表2 襟副翼裝配的工序作業(yè)

      以1.2節(jié)給出的定義和步驟為基礎(chǔ),現(xiàn)場(chǎng)人員可以非常直觀地建立工序作業(yè)流和資源供給流,建立裝配站的“作業(yè)—資源流圖”,如圖1所示。其中:La為工序作業(yè)流,lr1~lr18為資源供給流。

      3.2 襟副翼性能分析模型的自動(dòng)生成

      以圖1所示的內(nèi)容為基礎(chǔ),結(jié)合第1章給出的離散事件表示方法和作業(yè)規(guī)則,建立襟副翼裝配的Petri網(wǎng)模型自動(dòng)生成程序。程序開發(fā)以CPN-tools平臺(tái)和腳本語(yǔ)言為基礎(chǔ),可獲得如圖2所示的Petri網(wǎng)分析模型。

      在性能分析模型的自動(dòng)生成過程中,依據(jù)資源的共享屬性自動(dòng)合并資源狀態(tài)容器,在不影響性能分析結(jié)果的前提下盡可能簡(jiǎn)化網(wǎng)結(jié)構(gòu)。此后,車間人員可在初始生產(chǎn)狀態(tài)設(shè)置的基礎(chǔ)上,借助DES分析方法獲得裝配站的各項(xiàng)性能參數(shù)。對(duì)于任意初始生產(chǎn)狀態(tài)S0,有如下公式計(jì)算生產(chǎn)率(單位:架/h):

      式中:Lv為模型中的任意環(huán)流;R(Lv)為環(huán)流Lv對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)率,v=1,2,…,n。式(9)說明裝配站的生產(chǎn)率由生產(chǎn)率最小的環(huán)流決定。R(Lv)的計(jì)算公式為(單位:架/h):

      式中:若U(cr)=1,則說明該狀態(tài)容器存放的資源被充分利用,并且本身已經(jīng)成為制約生產(chǎn)率提升的瓶頸;若U(cr)<1,則說明該狀態(tài)容器存放的資源在生產(chǎn)過程中有空閑狀態(tài),還存在提高利用率的空間。

      3.3 襟副翼各類生產(chǎn)狀態(tài)的性能分析

      假設(shè)企業(yè)當(dāng)前市場(chǎng)需求的目標(biāo)產(chǎn)能為15 架/月,按正常作息時(shí)間每天1班、每班8h制定生產(chǎn)能力方案。首先,分析當(dāng)前可用資源(圖2模型中已給出)對(duì)應(yīng)初始生產(chǎn)狀態(tài)的性能指標(biāo),考察裝配站的生產(chǎn)率和資源利用率。結(jié)合式(9)和式(10)可獲得表3所示的數(shù)據(jù)。

      表3 襟副翼生產(chǎn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)率

      依據(jù)式(11)可獲得表4中襟副翼各個(gè)生產(chǎn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的資源利用率。資源利用率反映了各項(xiàng)資源在不同初始狀態(tài)下的忙閑程度,是反映資源配置狀況的量化指標(biāo)。復(fù)雜產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與工藝特性決定了某些現(xiàn)場(chǎng)的資源浪費(fèi)現(xiàn)象無法避免,但可以最大程度地降低類似情況導(dǎo)致的成本浪費(fèi)。

      表4 襟副翼生產(chǎn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的資源利用率 %

      從表3和表4發(fā)現(xiàn),在當(dāng)前可用資源數(shù)量約束下,通過不斷增加批次投產(chǎn)數(shù)量Qp(即在制品控制數(shù)量),可逐步提升裝配站的生產(chǎn)率。當(dāng)Qp=6時(shí),由于裝配站中“總裝夾具”和“前部裝配人員”的利用率接近飽和,在不增加可用資源數(shù)量的情況下已無法繼續(xù)提升生產(chǎn)率。此時(shí)裝配站對(duì)應(yīng)的產(chǎn)能為PC=1×8×24×0.082=15.74(架/月),已經(jīng)可以滿足目標(biāo)產(chǎn)能的需求。因此,PS6是一個(gè)可滿足市場(chǎng)需求的初始生產(chǎn)狀態(tài)。

      3.4 襟副翼初始生產(chǎn)狀態(tài)的優(yōu)化

      進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),PS6中其他資源利用得并不充分,因此可在保證目標(biāo)產(chǎn)能的前提下進(jìn)行調(diào)整。依據(jù)表4中的數(shù)據(jù),逐步降低“骨架夾具”、“補(bǔ)鉚夾具”和“后部裝配人員”的數(shù)量,可獲得表5所示的初始生產(chǎn)狀態(tài)。

      表5 目標(biāo)產(chǎn)能的初始生產(chǎn)狀態(tài)調(diào)整 %

      從表5 可以看出,通過對(duì)初始生產(chǎn)狀態(tài)PS6的適當(dāng)調(diào)整,可獲得PC=1×8×24×0.080=15.36(架/月)的產(chǎn)能。該產(chǎn)能不但滿足了市場(chǎng)需求,而且適當(dāng)減少了資源投入。但是,“檢驗(yàn)夾具”的利用率并未獲得提升,這是由產(chǎn)品工藝規(guī)劃和作業(yè)單元?jiǎng)澐譀Q定的,屬于裝配過程中不可避免的資源閑置狀況。

      4 結(jié)束語(yǔ)

      大型復(fù)雜產(chǎn)品的裝配作業(yè)建模難度大、對(duì)建模人員技術(shù)要求高,一直受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。本文考慮復(fù)雜裝配系統(tǒng)的多階段、離散作業(yè)特征,構(gòu)建可用于定量分析的作業(yè)過程模型:首先,通過裝配站內(nèi)部的工序和資源流圖反映現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)與資源的作用關(guān)系,實(shí)現(xiàn)作業(yè)邏輯模型的直觀、快速構(gòu)建;然后,利用模型元素映射函數(shù)和規(guī)則,將邏輯模型自動(dòng)生成具有離散事件描述能力的Petri網(wǎng)性能分析模型。該研究能夠有效降低裝配作業(yè)過程建模的復(fù)雜度,輔助建模人員快速獲取系統(tǒng)性能參數(shù),可作為裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的參考方法。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),復(fù)雜產(chǎn)品裝配系統(tǒng)的性能受各類不確定性因素的影響較大。例如,飛機(jī)裝配現(xiàn)場(chǎng)有效作業(yè)時(shí)間的變化、裝配超差等因素都會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能指標(biāo)。因此,在后續(xù)研究中有必要將不確定因素納入裝配系統(tǒng)建模和分析的范疇。

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