带多点装卸AGV的制造系统排队网建模与性能分析

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产品的高度个性化定制生产方式是整个制造业未来的发展趋势,这类制造系统,如装备制造、模具制造等,通常按订单组织生产,属于多品种、小批量生产模式。随着信息技术的发展与物联网的普及,加工及运输设备自动化程度的提高,个性化定制制造系统的布局方式,从面向工艺的机群式布局,逐渐演变为由含机器人的柔性加工单元、装配单元及自动物料搬运系统(Automated Material Handling System,AMHS)组成的布局。本文旨在研究这类具有AMHS的制造系统的性能分析。  这类具有AMHS的制造系统,通常采用自动导引运输车(Automated GuidedVehicle,AGV)作为工序间在制品的运输工具,但是AGV小车每次的运载量通常是不同的,即按照随机批量运输。由于订单到达、生产过程及物料搬运过程存在诸多随机不确定性,这给具有AMHS的制造系统性能分析带来了较大难度。排队网是一种随机系统的数学建模方法,可以很好地描述随机生产系统的行为。为此,本文采用具有有限缓冲的开排队网(Open Queuing Network with Finite Buffers),对这类制造系统的随机行为进行描述,建立排队网模型;基于状态空间分解法(Decomposition of State Space)建立了节点状态空间模型,求解并计算出制造系统的主要性能指标值,并进行了系统性能分析。主要研究内容包括:  首先,深入企业调研,对具有AMHS的制造系统进行了抽象,分析了其特点;归纳及总结了订单到达、生产过程及物料搬运过程中存在的各种随机性;并着重抽象了带多点装卸的单AGV、双AGV制造系统模型。  其次,结合企业的实际生产过程与抽象模型,分别建立了具有多点装卸的单AGV制造系统与双AGV制造系统的仿真模型,并通过仿真实验获得了系统性能指标值等相关数据,为验证排队网建模方法提供依据。  接着,针对多点装卸的单AGV制造系统模型,建立了排队网模型。由于传统的状态空间分解法无法直接适用此类制造系统,因此通过拆分小车作为独立节点,采用改良状态空间分解法建立模型的各个状态空间,进行近似求解,并与仿真结果进行对比,验证单AGV制造系统排队网建模方法的有效性。  然后,针对多点装卸的双AGV制造系统模型,建立了排队网模型,通过预设路径概率来实现小车对两条不同产品线的选择。根据仿真实验获得小车服务于每条产品线的次数之比,以此作为状态空间转移中的路径概率值,同样采用状态空间分解法建立系统的状态空间模型并进行求解,获得系统性能指标,通过计算结果与仿真结果的对比,验证双AGV制造系统排队网建模方法的有效性。  最后,设计实验算例,通过改变影响系统性能的因素,对带多点装卸的单AGV制造系统与双AGV制造系统分别进行了性能分析,同时也进一步验证本文所提出的排队网建模方法的有效性。  总之,本文运用排队网及其相关理论知识,对带有多点装卸AGV的制造系统进行了排队网建模,得到了模型的近似求解方法,将为此类具有AMHS的制造系统在资源配置、单元布局及物流规划等方面提供决策依据。
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