李普紅，周 軍，鄧建新，范志君

(1.山東大學(xué)a.機(jī)械工程學(xué)院;b.高效潔凈機(jī)械制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250061;2.山東輕工業(yè)學(xué)院藝術(shù)學(xué)院，濟(jì)南 250353)

變批量活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線及其關(guān)鍵技術(shù)*

李普紅1，2，周 軍1，鄧建新1，范志君1

(1.山東大學(xué)a.機(jī)械工程學(xué)院;b.高效潔凈機(jī)械制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250061;2.山東輕工業(yè)學(xué)院藝術(shù)學(xué)院，濟(jì)南 250353)

文章針對(duì)活塞生產(chǎn)模式特點(diǎn)和現(xiàn)有生產(chǎn)線現(xiàn)狀，提出了基于變批量生產(chǎn)的活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線。在闡述了變批量活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線特性的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了變批量活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線的系統(tǒng)集成框架，提出了變批量活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中的多構(gòu)性可重構(gòu)活塞產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型、活塞制造資源優(yōu)化配置技術(shù)、布局規(guī)劃與優(yōu)化技術(shù)、人因優(yōu)化技術(shù)、建模和仿真等關(guān)鍵技術(shù)。

變批量;活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線;多構(gòu)性產(chǎn)品設(shè)計(jì);制造資源優(yōu)化配置;布局優(yōu)化;人因優(yōu)化

0 引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)活塞的品種和批量要求不斷變化，傳統(tǒng)的人工流水、剛性和柔性生產(chǎn)線等都因自身特點(diǎn)的限制，難以適應(yīng)多品種變批量生產(chǎn)的需求，迫切需要設(shè)計(jì)一種新型的生產(chǎn)線組織形式來(lái)迅速響應(yīng)市場(chǎng)變化［1-2］。由于設(shè)備的限制、交貨期限和生產(chǎn)的復(fù)雜性，生產(chǎn)線的布局一般不做大的調(diào)整。如何設(shè)計(jì)一種柔性、靈活的布局形式，能夠適應(yīng)多品種變批量的生產(chǎn)需求，是活塞生產(chǎn)廠家最關(guān)心的問(wèn)題之一。

活塞生產(chǎn)線軟重構(gòu)理論可以解決客戶定制化生產(chǎn)和多變市場(chǎng)需求下活塞品種與批量的矛盾沖突問(wèn)題，圍繞可重構(gòu)產(chǎn)品族的設(shè)計(jì)、加工特征分解與重構(gòu)、資源選擇、虛擬仿真建模、瓶頸診斷、系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行評(píng)價(jià)等研究?jī)?nèi)容，建立活塞生產(chǎn)線軟重構(gòu)理論。

1 面向變批量生產(chǎn)的活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線的特性及框架

1.1 活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線的特性

變批量活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線(Piston Soft Reconfigurable Production Line，PSRPL)是為了解決客戶定制化生產(chǎn)和多變市場(chǎng)需求下活塞品種和批量的矛盾沖突問(wèn)題而提出的，將變批量生產(chǎn)與可重構(gòu)制造系統(tǒng)結(jié)合，根據(jù)活塞品種和批量變化進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)迅速調(diào)整，面向制造任務(wù)和生產(chǎn)環(huán)境，以快速重排、重復(fù)利用，必要時(shí)革新系統(tǒng)模塊和子系統(tǒng)的方式進(jìn)行快速調(diào)整制造系統(tǒng)，在低成本投資甚至無(wú)投資方式下完成生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)功能和生產(chǎn)能力的快速改變，實(shí)現(xiàn)局部模塊自動(dòng)化生產(chǎn)和全局柔性化生產(chǎn)的生產(chǎn)組織模式，使生產(chǎn)線系統(tǒng)既具有柔性和快速響應(yīng)能力，又能滿足大規(guī)模定制的要求，同時(shí)還具有可重構(gòu)能力［3］。

重構(gòu)方式有軟硬兩種。硬重構(gòu)的主要途徑是設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有重構(gòu)功能的硬件設(shè)備或模塊，通過(guò)組態(tài)、更換、添加或減少物理模塊，動(dòng)態(tài)改變?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu)和功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備級(jí)和生產(chǎn)線布局方面的可重構(gòu)功能。軟重構(gòu)的主要途徑是指通過(guò)改變產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)、資源配置、物流和工裝夾具等來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的快速可重構(gòu)特性。與硬重構(gòu)相比，軟重構(gòu)能夠利用現(xiàn)有的設(shè)備資源，降低成本，風(fēng)險(xiǎn)程度低，實(shí)施起來(lái)靈活多變?；钊浿貥?gòu)生產(chǎn)線是活塞可重構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)的一個(gè)層次，具有下列特征:模塊化，集成化，客戶化，可轉(zhuǎn)換性，可診斷性，標(biāo)準(zhǔn)化，可重構(gòu)性等［4-6］。它與其它的制造系統(tǒng)的顯著區(qū)別如表1所示。

表1 變批量活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線與其他生產(chǎn)線特點(diǎn)比較

1.2 面向變批量生產(chǎn)的活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線的集成框架

［7-8］，變批量活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線PSRPL集成空間在應(yīng)用層面共劃分成5個(gè)密切相關(guān)的應(yīng)用分系統(tǒng)，分別為活塞軟重構(gòu)控制與生產(chǎn)管理分系統(tǒng);活塞零件生產(chǎn)系統(tǒng);在線檢測(cè)及質(zhì)量檢測(cè)分系統(tǒng);生產(chǎn)線診斷及布局調(diào)整系統(tǒng);計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持分系統(tǒng)。如圖1所示。

通過(guò)活塞零件生產(chǎn)系統(tǒng)的可重構(gòu)模塊劃分來(lái)實(shí)現(xiàn)活塞生產(chǎn)線軟重構(gòu)，迅速響應(yīng)市場(chǎng)變化，滿足客戶的個(gè)性化和多樣化需求，同時(shí)通過(guò)模塊化生產(chǎn)單元實(shí)現(xiàn)模塊化工藝，對(duì)模塊化工藝族的合理搭配實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的可重構(gòu)制造，通過(guò)生產(chǎn)線診斷和布局調(diào)整系統(tǒng)對(duì)整個(gè)重構(gòu)的生產(chǎn)線進(jìn)行微調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)變批量生產(chǎn)。當(dāng)有一個(gè)新產(chǎn)品投產(chǎn)時(shí)，可重構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)模塊可以快速重構(gòu)成一個(gè)新的生產(chǎn)線，當(dāng)產(chǎn)品生產(chǎn)完成后，舊有的制造系統(tǒng)模塊可以拆解用于其它新產(chǎn)品的制造系統(tǒng)。

圖1 面向變批量生產(chǎn)的活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線集成框架

該軟重構(gòu)生產(chǎn)線在有效的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)環(huán)境支持下，通過(guò)可重構(gòu)控制與生產(chǎn)管理分系統(tǒng)和在線檢測(cè)及質(zhì)量管理分系統(tǒng)全面實(shí)現(xiàn)主生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)圖紙和生產(chǎn)工藝的下發(fā);實(shí)現(xiàn)主生產(chǎn)計(jì)劃的分解、NC程序的下傳、生產(chǎn)任務(wù)的調(diào)度;實(shí)現(xiàn)子生產(chǎn)線與各重構(gòu)模塊的生產(chǎn)控制和物流之間的自動(dòng)協(xié)調(diào)、關(guān)鍵工序在線檢測(cè)與質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析等。

2 變批量活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)

變批量活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線關(guān)鍵將定制化理論和可重構(gòu)制造系統(tǒng)相結(jié)合，利用分解重構(gòu)、人工智能與虛擬仿真等技術(shù)，構(gòu)建活塞生產(chǎn)線軟重構(gòu)設(shè)計(jì)理論體系，解決因活塞品種和批量矛盾沖突時(shí)活塞的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工工藝設(shè)計(jì)、資源優(yōu)化配置、生產(chǎn)線布局調(diào)整等可重構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)，建立軟重構(gòu)系統(tǒng)瓶頸診斷和協(xié)同優(yōu)化運(yùn)作模型，使生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)類似硬件結(jié)構(gòu)調(diào)整等重構(gòu)功能，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本等目標(biāo)。為了便于分析和設(shè)計(jì)活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線，提出變批量活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 多構(gòu)性可重構(gòu)活塞產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型

市場(chǎng)多變的需求直接帶來(lái)的就是活塞產(chǎn)品設(shè)計(jì)的問(wèn)題，如何研究新型的設(shè)計(jì)方法，以響應(yīng)需求多變帶來(lái)的品種繁多的設(shè)計(jì)性問(wèn)題，這是解決活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線的基礎(chǔ)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域解決這種需求多樣性和生產(chǎn)的批量化之間的矛盾的途徑主要是參數(shù)化設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)［9］。產(chǎn)品族或基于平臺(tái)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)就是滿足這種需求的一種有效策略［10］。產(chǎn)品族是共享通用特征、組件或子系統(tǒng)，并滿足相關(guān)市場(chǎng)需求的一個(gè)分支。參數(shù)化產(chǎn)品族是產(chǎn)品族設(shè)計(jì)的一個(gè)分支，它在保持平臺(tái)公共變量恒定的情況下，通過(guò)可調(diào)節(jié)變量的放大或縮小，實(shí)現(xiàn)滿足不同性能指標(biāo)的系列產(chǎn)品［11］。根據(jù)這個(gè)理論，建立基于特征的廣義相似性和模糊聚類分析的可重構(gòu)活塞產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論，提出面向活塞結(jié)構(gòu)的可重構(gòu)設(shè)計(jì)和面向活塞功能的可重構(gòu)設(shè)計(jì)模型。

由于活塞的直徑和高度是區(qū)分活塞品種和系列的重要參數(shù)，同時(shí)活塞的直徑和高度范圍決定加工設(shè)備和物流設(shè)備的選擇/配置，是可重構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，因此一般以活塞直徑和高度為產(chǎn)品族劃分方法［8］。表2為不同類型活塞的高度和直徑范圍。

表2 不同類型活塞的直徑和高度

根據(jù)性能、活塞結(jié)構(gòu):頂部、頭部、環(huán)曹、裙部和銷孔為族的活塞產(chǎn)品特征形似度進(jìn)行產(chǎn)品特征模糊聚類分析，建立基于特征平臺(tái)的活塞產(chǎn)品族設(shè)計(jì)模型。如圖2、圖3所示。

2.2 基于分解重構(gòu)原理的活塞加工工藝可重構(gòu)理論

無(wú)論是派生式、創(chuàng)成式，還是混合式的CAPP系統(tǒng)產(chǎn)生的工藝設(shè)計(jì)方案對(duì)產(chǎn)品對(duì)象、制造環(huán)境都具有較強(qiáng)的依賴性，難以適用品種經(jīng)常發(fā)生變化的可重構(gòu)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，因此，提供可重構(gòu)設(shè)計(jì)策略解決這些多變的工藝設(shè)計(jì)問(wèn)題是可重構(gòu)工藝設(shè)計(jì)考慮的主要問(wèn)題。

針對(duì)活塞產(chǎn)品族，建立基于分解重構(gòu)原理的活塞加工工藝可重構(gòu)理論，建立特征工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，以特征為最小表達(dá)單位，并對(duì)其進(jìn)行編碼處理，通過(guò)產(chǎn)品族將結(jié)構(gòu)特征、工藝特征、制造資源有機(jī)結(jié)合，以生產(chǎn)線平衡、制造成本、按期交貨為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)活塞工藝的快速重構(gòu)，通過(guò)人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)工藝規(guī)程的快速生成。如圖4、圖5所示。

2.3 活塞制造資源重構(gòu)優(yōu)化配置理論

在活塞生產(chǎn)線軟重構(gòu)過(guò)程中，面對(duì)的制約因素非常多:重組費(fèi)用、可用設(shè)備、人員以及不具可用的面積等。在重構(gòu)前都需要根據(jù)重組成本和效益進(jìn)行分析。重構(gòu)后的生產(chǎn)線具有較高的生產(chǎn)能力，則表現(xiàn)為加工時(shí)間短、資金周轉(zhuǎn)快，但是也存在構(gòu)建和運(yùn)行費(fèi)用較高問(wèn)題。解決這樣的矛盾問(wèn)題，需要尋找一個(gè)平衡點(diǎn)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最佳。這個(gè)平衡點(diǎn)的尋找過(guò)程就是軟重構(gòu)活塞生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)之一。

利用模糊聚類分析和多目標(biāo)優(yōu)化策略，對(duì)活塞生產(chǎn)線軟重構(gòu)過(guò)程制造資源動(dòng)態(tài)配置策略及其算法進(jìn)行研究，采用分別將適合加工頂部、頭部、環(huán)槽、裙部和銷孔等工藝特征的制造資源(主要是加工設(shè)備)按定位夾緊方式、加工方法、加工要求等建立制造資源的模糊相似關(guān)系、實(shí)現(xiàn)制造資源動(dòng)態(tài)聚類和優(yōu)化配置。

針對(duì)機(jī)床設(shè)備方面，根據(jù)工藝與機(jī)床的映射關(guān)系為1:n的關(guān)系，可有多種機(jī)床進(jìn)行同一工序加工，如果活塞機(jī)床選型不當(dāng)，可能造成機(jī)床利用率低、加工成本高、投資大、加工質(zhì)量差等后果?；谀：嗄繕?biāo)優(yōu)化的可重組活塞生產(chǎn)線機(jī)床選擇模型，利用虛擬仿真環(huán)境，統(tǒng)計(jì)各機(jī)床在實(shí)際工時(shí)的參數(shù)，如產(chǎn)量、實(shí)際節(jié)拍。以增加活塞機(jī)床選擇過(guò)程的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)問(wèn)題，較大地降低了機(jī)床選型風(fēng)險(xiǎn)，可有效解決批量品種變化時(shí)，活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線虛擬仿真設(shè)計(jì)中的機(jī)床選擇問(wèn)題。如圖6所示。

圖6 機(jī)床優(yōu)化選擇指標(biāo)體系

2.4 活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線的布局規(guī)劃與優(yōu)化技術(shù)

活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線的布局規(guī)劃與優(yōu)化技術(shù)目標(biāo)除了傳統(tǒng)生產(chǎn)線規(guī)劃目標(biāo)外，更重要的是對(duì)設(shè)備布局提供最佳配置，以此來(lái)保證生產(chǎn)線布局的動(dòng)態(tài)重構(gòu)和調(diào)整能力，同時(shí)能滿足面向變批量生產(chǎn)的柔性和快速響應(yīng)能力。對(duì)于變批量可重構(gòu)生產(chǎn)線布局形式目前研究較多的是利用模塊化設(shè)計(jì)思想，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行模塊化劃分，各模塊之間是松耦合的關(guān)聯(lián)，在布局形式上有子生產(chǎn)線型、花瓣型、C形線型［12］。這幾種方式是對(duì)時(shí)間、柔性及成本的一種綜合優(yōu)化，已于實(shí)施多品種的并行生產(chǎn)、混流生產(chǎn)和批量生產(chǎn)的規(guī)模與控制。但是這種形式的布局方式適用存在一定局限性。

基本的布局模式有總線型模型、環(huán)型布局形式、網(wǎng)型布局形式、屬性布局形式［13］?？偩€型布局形式適用于流程式生產(chǎn)企業(yè)。針對(duì)活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線，利用組態(tài)原理，采用總線型布局形式中的多線單元陣列式布局形式，研究適合物流裁剪與重構(gòu)的布局重構(gòu)設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)模式、約束規(guī)則和重構(gòu)單元功能聚類模糊分析模型:建立基于“總線”形式易于拓?fù)涞幕钊锪鱾魉拖到y(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。實(shí)現(xiàn)基于空間約束、位置約束、距離約束和優(yōu)先級(jí)等約束條件下，以生產(chǎn)率、重構(gòu)成本、物流成本、設(shè)備利用率等綜合目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化的加工路徑和布局優(yōu)化模型。

2.5 活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線人因優(yōu)化技術(shù)

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)械裝備朝著自動(dòng)化、機(jī)器人化方向發(fā)展，甚至出現(xiàn)了全自動(dòng)化生產(chǎn)線/車間等。但是手工搬運(yùn)/操作(manual material handling，MMH)依然存在，在有些場(chǎng)所是自動(dòng)化設(shè)備無(wú)法替代的。與MMH有關(guān)的肌肉骨骼疾患(musculoskeletal disorders，MSD)發(fā)病逐漸增加［14］。在人工活塞生產(chǎn)線中，主要是手工搬運(yùn)及上料、卸料，有的工序還會(huì)存在手工作業(yè)，比如鉆孔和滾壓銷孔等。MMH對(duì)于短期和長(zhǎng)期的人體健康具有多種不良影響。國(guó)內(nèi)外大量的研究表明，在作業(yè)領(lǐng)域，不良的MMH作業(yè)姿勢(shì)及體位和長(zhǎng)時(shí)間勞累是造成職業(yè)性肌肉骨骼損傷的主要原因，給企業(yè)和社會(huì)造成大量的補(bǔ)償支付成本損失［15-17］。

不良的MMH因素主要考慮工作姿勢(shì)，身體負(fù)荷、心理負(fù)荷和工作難度。合理的工效學(xué)評(píng)價(jià)和工作設(shè)計(jì)，能夠有效地預(yù)防MSD。人因素評(píng)估方式有許多種，多采用定性方式，結(jié)果不直觀，也不能更好的與一些其他因素結(jié)合使用，因此需要采取多種方式進(jìn)行研究。

許多學(xué)者對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)中的人因素進(jìn)行了研究。主要集中在作業(yè)者的作業(yè)姿態(tài)、人體尺寸、工作負(fù)荷等方面對(duì)于作業(yè)工效以及人體健康的作用和影響;評(píng)價(jià)目標(biāo)主要集中在作業(yè)者的身體健康和安全，以及精神上的滿意和健康。各國(guó)學(xué)者利用人因?qū)W的準(zhǔn)則和理論從符合、姿態(tài)和環(huán)境等方面對(duì)設(shè)施布局進(jìn)行定性的評(píng)估，并提出了改進(jìn)的建議和指南。開(kāi)發(fā)了OWAS系統(tǒng)、NIOSH方法、REBA技術(shù)和 FMS方法，利用這些方法來(lái)評(píng)估人在工作中所受的負(fù)荷、力量以及心理承受能力等的程度［18-19］。

另外，評(píng)價(jià)方法除了定性分析之外，還需要進(jìn)行定量分析，利用熵值法和層次分析法，對(duì)活塞生產(chǎn)線中的人因素進(jìn)行量化研究，建立多目標(biāo)量化模型，為不同工序的人因素改善和與物流因素相結(jié)合進(jìn)行布局優(yōu)化提供了科學(xué)依據(jù)，能夠保證作業(yè)效率，還能優(yōu)化作業(yè)姿態(tài)，從而降低操作能量消耗水平，使得工人在工作過(guò)程中疲勞累積性損傷減少。

2.6 活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線建模和仿真體系

活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)建模是可重構(gòu)生產(chǎn)線研究的一個(gè)最基本問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)建精確揭示RPL內(nèi)涵的動(dòng)態(tài)隨機(jī)模型，可以對(duì)市場(chǎng)的不確定性、客戶訂單的多樣性及在制造過(guò)程中的各種不可預(yù)知的因素的隨機(jī)性進(jìn)行分析、仿真、優(yōu)化和控制。目前的一些建模方法［20］，如基于Petri網(wǎng)的RPL建模;基于排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的RPL建模;基于馬爾可夫鏈的建模;基于多Agent的RPL建模等研究較多，各有優(yōu)缺點(diǎn)。

因?yàn)榛钊a(chǎn)線涉及多個(gè)對(duì)象和多種行為，具有離散性、隨機(jī)性、復(fù)雜性、多目標(biāo)性、層次性等特點(diǎn)，結(jié)合QUEST虛擬仿真開(kāi)發(fā)環(huán)境和統(tǒng)一建模語(yǔ)言(Unified modeling language，簡(jiǎn)稱UML)的優(yōu)點(diǎn)，提出了PSRPL仿真分析建模方法，既能夠分析活塞生產(chǎn)線的靜態(tài)特性和配置關(guān)系，又能夠快速、方便地描述活塞生產(chǎn)線的動(dòng)態(tài)特性。以分析活塞生產(chǎn)線的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。如圖7所示。

圖7 基于QUEST+UML的仿真分析建模方法

圖7中，PSRPL的仿真分析建?？梢苑譃閮刹糠?虛擬物理建模和虛擬邏輯建模。虛擬物理模型是邏輯模型在虛擬環(huán)境中的可視化表象。虛擬物理模型著重描述與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)線有形實(shí)體相對(duì)應(yīng)的三維幾何形狀，虛擬物理模型是活塞生產(chǎn)線布局設(shè)計(jì)和可視化仿真的基礎(chǔ)。虛擬邏輯建模又分為虛擬靜態(tài)特性建模和動(dòng)態(tài)特性建模，其中虛擬靜態(tài)特性建模包含生產(chǎn)線上各種對(duì)象自身定義和對(duì)象間關(guān)系的描述，虛擬動(dòng)態(tài)特性建模描述對(duì)象自身的動(dòng)態(tài)行為和對(duì)象間的交互行為。PSRPL仿真分析建模的重點(diǎn)在于建立活塞生產(chǎn)線的虛擬邏輯模型。

在PSRPL建模過(guò)程中，用QUEST建立以下內(nèi)容:①與活塞生產(chǎn)線有形實(shí)體相對(duì)應(yīng)的虛擬物理模型映射;②PSRPL對(duì)象關(guān)系和對(duì)象行為的虛擬邏輯模型。用UML描述活塞生產(chǎn)線各資源的對(duì)象定義、對(duì)象關(guān)聯(lián)和靜態(tài)結(jié)構(gòu)抽象等過(guò)程。

2.7 活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線診斷技術(shù)

生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)和診斷是實(shí)現(xiàn)最優(yōu)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題［21］。快速地診斷出瓶頸工序可以制定合理作業(yè)計(jì)劃、優(yōu)化設(shè)備資源和減少在制品。傳統(tǒng)的瓶頸診斷方法是基于理論計(jì)算和實(shí)際運(yùn)行后的數(shù)據(jù)來(lái)判斷的，其缺點(diǎn)是易浪費(fèi)資源、不直觀、風(fēng)險(xiǎn)大等。將虛擬制造技術(shù)用于生產(chǎn)線設(shè)計(jì)過(guò)程，在規(guī)劃初期進(jìn)行生產(chǎn)線的診斷分析，不但能夠直觀、可視化地診斷因不合理的參數(shù)設(shè)置而產(chǎn)生的瓶頸工序，而且能夠優(yōu)化生產(chǎn)資源，以保障生產(chǎn)線能以較優(yōu)狀態(tài)進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行。

針對(duì)活塞生產(chǎn)線瓶頸問(wèn)題，對(duì)設(shè)計(jì)條件下期望生產(chǎn)能力進(jìn)行診斷，確定合理的活塞生產(chǎn)線管理方式;對(duì)設(shè)備系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)線的平衡性進(jìn)行診斷，利用瓶頸局部擴(kuò)張法和側(cè)路削減法［22］，建立基于約束理論的活塞生產(chǎn)線瓶頸工序消減模型，指導(dǎo)活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、實(shí)施和應(yīng)用。

3 結(jié)束語(yǔ)

從大批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)為小批量多品種生產(chǎn)是活塞生產(chǎn)模式的一大改變，這種變批量生產(chǎn)模式也是未來(lái)活塞企業(yè)具有競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展?jié)摿Φ囊环N制造方式。變批量活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線是活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容，也是可重構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)方面的研究熱點(diǎn)。本文分析了變批量活塞軟重構(gòu)生產(chǎn)線的特性，給出了其集成框架模型，并就在實(shí)現(xiàn)面向變批量生產(chǎn)的可重構(gòu)生產(chǎn)線中設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述。

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Piston Soft Reconfigurable Production Line Based on Scalable Batch Production and Its Key Techniques

LI Pu-hong1，2，ZHOU Jun1，DENG Jian-xin1，F(xiàn)AN Zhi-jun1
(1a.School of Mechanical Engineering;1b.Key Laboratory of High Efficiency and Clean Mechanical Manufacture，Ministry of Education，Shandong University，Jinan 250061，China;2.School of Art Shandong Polytechnic University，Jinan 250353，China)

Aiming at the piston production modes and the existing production line,Piston Soft Reconfigurable Production Line(PSRPL)based on scalable batch production is proposed.After discussed the functional features of PSRPL,the integration framework of system is constructed.The key technologies to develop PSRPL for scalable batch production are studied,including multi-construct reconfigurable piston design model,Matching of Manufacturing Resources for piston,production line layout and optimization,human factors optimization,system model and simulation technology.

scalable batch production,piston soft reconfigurable production line;multi-construct product design;matching of manufacturing resources;layout and optimization;human factors optimization

TH16;TG65

A

1001-2265(2011)08-0021-05

2010-12-14

山東省中青年科學(xué)家獎(jiǎng)勵(lì)基金計(jì)劃項(xiàng)目(2007BS05012)

李普紅(1977—)，女，山東萊蕪人，山東大學(xué)博士研究生，講師，研究方向?yàn)樘摂M設(shè)計(jì)和人因工程，(E-mail)lipuhong@126.com;通訊作者:周軍(1975—)，男，四川廣安人，山東大學(xué)副教授，研究方向?yàn)樘摂M仿真，(E-mail)zhoujun@sdu.edu.cn。

(編輯 趙蓉)