复杂模具制造系统推拉混合式自适应生产控制方法

Developing upscale products is an important trend in mould industry. The manufacturing system with upscale products has higher complexities. How to ensure the efficient operation of the system has become an urgent problem. To solve the problem, this project proposes a novel hybrid push/pull-type self-adaptive production control approach based on dynamic Kanban. The operational mechanism of the approach is divided into a decentralized control network, which includes a push-type mechanism for workload balancing and a pull-type mechanism for job dispatching and progress cooperating. Internal and external coupling of the two mechanisms can achieve higher control robustness. Full taking account of the real-life complexities of manufacturing system, The integrated process planning & job releasing model is developed for selecting the best release jobs. The dynamic batch scheduling for heat-treatment is presented by integrating the job dispatching of the upstream operations. The simulation-driven swarm intelligence algorithm is then presented to optimize the coupling parameters. The dependence mapping rules of "interference events, system status and control activities" are developed. The sequence of activities for linkage processing various interferences is rapidly generated based on the rule-oriented approach. The research of this project is an innovative combination related to workload control concept and hybrid push/pull system. It breaks the limitations that the traditional approaches are difficult be applied to complex manufacturing environments.

发展高端精密产品是模具企业实现转型升级的必然选择，但高精模具更具个性化与技术难度的特点又将带来制造系统的更高复杂度，建立与之相适应的生产组织模式就成为迫切需要解决的问题。为此，本项目提出了一类新颖的基于动态看板的推拉混合式自适应生产控制方法，并从运行机制、优化方法与受扰响应等方面展开了研究。在运行机制方面，设计了一个包含推式负荷均衡化控制机制及拉式作业分派与进度协同机制的松散耦合控制网络，能够实现较高的控制鲁棒性；在优化方法方面，充分考虑制造系统的现实复杂性，构建了综合工艺规划的投放任务选择模型，综合前工序作业分派的热处理动态批调度方法，以及仿真驱动的耦合控制参数群体智能算法；在受扰响应方面，建立了“干扰事件、系统状态与响应活动”之间关联关系的规则映射方法，并基于规则导向快速生成联动响应活动序列。本项目研究是负荷控制理论和推拉混合系统的创新性结合，突破了传统方法在复杂生产环境的应用局限性。

高档模具更具个性化和技术难度的特点导致其制造系统也具有更高的复杂度，全面化与智能化资源配置带来了生产过程的高度柔性、多层级产品结构与多样化附属工装带来了生产过程的协同困难性、差异化技术要求与经验依赖性工艺实现带来了生产过程的不确定性，如何建立与之相适应的生产调度与控制理论及方法就是本项目的研究背景。围绕该问题的解决，提出了一类基于动态看板的推拉混合式自适应生产控制模式，主要内容包括设计了更具鲁棒性的推式负荷均衡化任务投放与拉式进度协同化作业分派相结合的运行机制、构建了更具复杂生产环境适应性的生产调度优化算法、建立了模具生产过程中典型随机干扰的分散化实时响应机制及策略。在过去四年的实施期内，本项目实际执行情况总体按预定计划进行，顺利完成了各阶段的研究工作，累计发表学术论文20篇和授权发明专利/软件著作权5项，基本达到了预定指标。.本项目研究将负荷控制理论和推拉混合系统进行了创新性结合，主要在如下四个方面取得了较好的进展：1）揭示了不同扰动强度对模具制造车间调度性能的影响规律，尽管应对各类复杂场景的调度算法已经非常丰富，但考虑不同扰动强度对调度性能影响分析的研究尚不多见。2）提出了复杂模具制造车间负荷均衡型生产控制方法，其通过耦合负荷均衡型投放控制、设备选择与作业分派的多层递阶式优化决策方法，实现了面向全局协同的推式任务投放与面向实时干扰响应的拉式作业分派。3）建立了综合工艺规划的任务投放选择模型，验证了基于优化算法的模型相比于传统优先度规则模型的优越性。4）构建了热处理工序调度问题的前瞻组批算法，其考虑了高档模具热处理的高质量要求而带来的拆批质检问题，能够应对多类型随机返工干扰和多目标复合优化需求。.本项目研究突破了推拉混合系统在高度可变与复杂生产环境中的应用局限性，提出了解决模具企业生产控制难题的新思路与新方法，也可以为单件小批制造企业的生产组织模式提供值得借鉴的范例。