具有非同等并行AGV柔性流水车间的排队网建模与分析

发布时间：2019-11-14 11:34

【摘要】：为有效分析具有非同等并行自动导引小车的柔性流水车间系统的性能,考虑制造系统的不确定性以及自动导引小车运输批量的随机性,应用随机过程理论建立了具有有限缓存的开排队网模型描述系统行为;提出了改进的状态空间分解法,并建立了节点状态空间模型,分析多类非同等并行自动导引小车与前后制造单元的耦合效应,并根据Markov过程理论分析节点状态转移规律;构造了迭代算法,并给出系统各项性能指标的计算方法。最后,设计了实验案例,与已有文献及仿真实验的结果进行对比,验证了改进状态空间分解法的精确性,并对系统性能指标进行了敏感性分析。
【图文】：

泊松分布,流水,柔性,工件

计算机集成制造系统第２３卷１制造系统描述某装备定制型企业按图１所示布局方式组织生产，工件需要经过热处理和精加工两道工序，通过ＡＧＶ完成两道工序间的物料运输。工件开始置于热处理车间原材料区，经过热处理工序后，放置于热处理车间半成品缓冲区，通过小车将该区的工件批量运往精加工车间半成品缓冲区，工件完成精加工后置于成品区。小车运输的状态取决于两车间半成品缓冲区工件数量，当小车到达热处理车间时，若热处理车间半成品缓冲区有工件，则小车进入运送状态，其运载量由小车运载容量和缓冲区拥有工件数两者中的最大值决定；否则小车将进入等待状态，直到有工件完成热处理工序。当小车运载工件到达精加工车间，若精加工车间缓冲区可用容量大于小车容量，则小车将卸载完工件返回热处理车间；否则小车只能卸载部分工件，直到缓冲区有足够空间容纳小车剩余工件。小车在整个运行过程中服从先到先服务原则。依据排队网理论将图１简化成具有有限缓冲的开排队网模型，将模型划分为四个节点：原材料区（Ｂ１）和加工中心１（Ｗ１）、热处理车间车间半成品缓冲区（Ｂ２）、多类非同等并行ＡＧＶ、精加工车间半成品缓冲区（Ｂ４）和加工中心２（Ｗ４），如图２所示。根据实际企业的生产规则，对模型进行简化与近似，假设满足以下条件：（１）工件按照参数为λ０的泊松分布进入原材料区。（２）进入系统的工件之间是相互独立的。（３）当一个工件来到系统时，如果Ｂ１有足够的空位来容纳工件，工件进入Ｂ１的排队队列等待加工；否则工件将被拒绝进入系统。（４）生产节点Ｗ１、Ｗ４的加工能力均被当量等效处理成一台加工设备，只能同时加

节点,排队网模型,分解法,运输单元

第９期廖勇等：具有非同等并行ＡＧＶ柔性流水车间的排队网建模与分析车才能将Ｂ２中工件批量运载至Ｂ４，否则原地等待装载，直到Ｂ２有完工的工件；当小车到达Ｂ４时，，若Ｂ４有足够空位，小车卸载工件返回，否则进入等待卸载状态，直到工件卸载完。工件在节点Ｗ４加工完成后将离开系统。（７）每个缓冲区Ｂ１、Ｂ２、Ｂ４都有容量限制，即每个缓冲区容许放置工件的个数有限制，设其最大容量为Ｎｉ（ｉ＝１，２，４）。（８）ＡＧＶ与工件加工服务原则均为先到先服务，系统服务服从后阻塞机制。２排队网模型的性能分析２．１改进的状态空间分解法传统状态空间分解法基于连续时间马尔科夫链（ＣｏｎｔｉｎｕｅｓＴｉｍｅＭａｒｋｏｖＣｈａｉｎ，ＣＴＭＣ）理论，对具有阻塞的开排队网模型，通过节点的输入速率、输出速率和阻塞概率建立节点间的耦合关系，利用节点将来状态的稳态概率取决于当前时刻状态稳态概率的特点，建立节点的状态转移图和状态转移平衡方程，得到状态转移矩阵，并通过求解状态平衡方程得到节点所处状态的稳态概率，最后分析求得系统性能指标［１６］。考虑具有非同等并行批量运输约束的柔性流水车间，其具有ＡＧＶ运输为随机变量、制造单元的有效加工速率与运输单元的运输能力相关、运输单元包含的多类ＡＧＶ之间并不完全独立等特点。利用传统的状态空间分解法无法表达运输单元与其对应的前后制造单元之间的耦合效应，以及ＡＧＶ运输过程中同批次工件间的耦合关系，需要改进传统状态空间分解法。将图２排队网模型改进成图３所示的排队网模型：增加一个虚拟工作中心Ｗ２，该工作中心具有无限

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