扰动环境下基于牵制控制的作业车间网络稳定性研究

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作业车间生产过程稳定性控制是每个离散制造企业都最为重视的管理目标之一。“互联网+”时代,企业生产纷纷开始面向客户个性化定制,导致订单采购回准率低、在制品数量多、生产过程扰动频发。生产进程中制造行为与人、机、料、法、环全要素受多种扰动因素动态变化影响呈现出复杂的波动规律,生产过程稳定性控制成为一个复杂耦合与环境约束的高难度问题。本文以作业车间稳定性控制为研究对象,以车间生产数据为驱动,提出基于牵制控制的作业车间网络稳定性分析与决策方法,主要研究内容如下:(1)建立作业车间网络状态模型。以作业车间生产过程为研究对象,对生产要素进行分析,构建作业车间网络拓扑结构模型;分析作业车间制造资源自身属性特征,定义资源节点状态表征方法,提出一种以制造行为异常为触发、以生产数据为驱动的改进的耦合映象格子作业车间生产网络状态模型;通过分析车间生产过程中扰动传播特性、节点序列类型以及扰动发生位置对系统性能的影响,量化车间不确定因素的扰动强度,为后续研究奠定基础。(2)提出作业车间节点重要度评价指标体系。融合网络结构统计特征、生产过程工艺路线性能以及制造资源自身性能指标,提出了作业车间节点重要度评价指标体系;对指标参数的内部信息及指标间的相关性进行分析,结合最小二乘法对主观赋权与客观评价权重进行融合得到各指标的组合权重,并对网络资源节点进行重要性评价。(3)建立作业车间牵制控制状态模型与稳定性控制策略。以作业车间生产网络状态模型为基础,设计具有资源负荷保护作用的控制器,构建作业车间牵制控制状态模型,采用李雅普诺夫一致性理论对模型的稳定性进行证明;结合扰动触发行为与节点状态转移规则设计三种稳定性控制策略,并设计两种控制效果评价指标,实现网络稳定性控制效果的评价。(4)以柴油机燃油喷射系统零部件生产车间的实际生产数据为例,对所建立模型进行建模、仿真与验证分析。仿真所建模型在作业车间稳定性控制上的应用,分析三种稳定性控制策略的控制效果,用于验证所提方法的有效性。结果表明牵制控制策略能有效抑制扰动在网络中的传播速度,显著缩减扰动影响的传播规模,从而提升扰动环境下作业车间网络恢复稳定性的效率。
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