本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，主要針對(duì)由車(chē)身產(chǎn)品個(gè)性化引發(fā)的車(chē)身混流焊裝系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出一種復(fù)雜度計(jì)算算法用于測(cè)度工位級(jí)復(fù)雜度和系統(tǒng)級(jí)復(fù)雜度，并提出的復(fù)雜度源靈敏度指標(biāo)，以確定復(fù)雜度貢獻(xiàn)較大的關(guān)鍵工位和關(guān)鍵設(shè)備所在(即關(guān)鍵復(fù)雜度源所在)。

背景技術(shù)：

在個(gè)性化條件下，產(chǎn)品種類(lèi)極大豐富，在具有產(chǎn)品族、產(chǎn)品平臺(tái)和模塊化特點(diǎn)的車(chē)身產(chǎn)品內(nèi)，其模塊的數(shù)目也隨之增長(zhǎng)，導(dǎo)致組合數(shù)目劇增。這也帶來(lái)焊接設(shè)備、工裝夾具的復(fù)雜化、工序的變化等諸多問(wèn)題，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低、產(chǎn)品質(zhì)量惡化。車(chē)身的混流焊裝線上，產(chǎn)品種類(lèi)引起的復(fù)雜度對(duì)系統(tǒng)的影響尤為巨大。雖然針對(duì)混流裝配線上的復(fù)雜度定義和應(yīng)用作了一定研究，但是，仍然局限于從產(chǎn)品種類(lèi)相關(guān)的角度出發(fā)，并未從焊裝線全局角度進(jìn)行考慮，也未引入車(chē)身產(chǎn)品的個(gè)性化因素，更未對(duì)車(chē)身產(chǎn)品混流焊裝系統(tǒng)內(nèi)可能影響系統(tǒng)性能的復(fù)雜度源進(jìn)行識(shí)別、診斷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種從焊裝系統(tǒng)全局出發(fā)，引入車(chē)身產(chǎn)品個(gè)性化因素，用于測(cè)度焊裝系統(tǒng)工位級(jí)和系統(tǒng)級(jí)復(fù)雜度的計(jì)算算法，同時(shí)提出的復(fù)雜度源靈敏度指標(biāo)，以確定復(fù)雜度貢獻(xiàn)較大的關(guān)鍵工位和關(guān)鍵設(shè)備所在。本發(fā)明可作為車(chē)身焊裝線及工藝規(guī)劃的決策輔助工具，可改善當(dāng)下的規(guī)劃，還將有效節(jié)省成本和時(shí)間，改進(jìn)生產(chǎn)率，增強(qiáng)廠商競(jìng)爭(zhēng)力。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明在混流混聯(lián)焊裝線條件下，針對(duì)個(gè)性化車(chē)身產(chǎn)品，提出工位級(jí)綜合復(fù)雜度，其中包含產(chǎn)品組件變型復(fù)雜度、焊裝設(shè)備復(fù)雜度、物料搬運(yùn)設(shè)備復(fù)雜度、緩存區(qū)設(shè)備復(fù)雜度。然后對(duì)不同結(jié)構(gòu)的混流混聯(lián)進(jìn)行等效簡(jiǎn)化，形成分析所用的等效串聯(lián)工位組成的焊裝系統(tǒng)，應(yīng)用狀態(tài)空間理論表示包含個(gè)性化組件信息的系統(tǒng)級(jí)復(fù)雜度流模型。

建立各種靈敏度指數(shù)，表示復(fù)雜度源對(duì)最終評(píng)價(jià)的影響或者貢獻(xiàn)大小，并且提出工藝計(jì)劃內(nèi)識(shí)別和診斷復(fù)雜度源的流程，獲取復(fù)雜度源所在的關(guān)鍵工位和關(guān)鍵設(shè)備，以便于快速進(jìn)行工藝規(guī)劃修訂。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的復(fù)雜度計(jì)算算法，可計(jì)算工位級(jí)綜合復(fù)雜度，其中包含產(chǎn)品組件變型(由模塊、零件變型得到)復(fù)雜度、焊裝設(shè)備復(fù)雜度、物料搬運(yùn)設(shè)備復(fù)雜度、緩存區(qū)設(shè)備復(fù)雜度。并對(duì)不同結(jié)構(gòu)的混流混聯(lián)焊裝線進(jìn)行等效簡(jiǎn)化，形成分析所用的等效串聯(lián)工位組成的焊裝系統(tǒng)，應(yīng)用狀態(tài)空間理論表示包含個(gè)性化組件信息的系統(tǒng)級(jí)復(fù)雜度流模型，以探求車(chē)身焊裝系統(tǒng)的復(fù)雜度源所在。

本發(fā)明還提出復(fù)雜度源靈敏度指標(biāo)，以確定復(fù)雜度貢獻(xiàn)較大的關(guān)鍵工位和關(guān)鍵設(shè)備所在(即關(guān)鍵復(fù)雜度源所在)。

本發(fā)明可作為車(chē)身焊裝線及工藝規(guī)劃的決策輔助工具，可改善當(dāng)下的規(guī)劃，還將有效節(jié)省成本和時(shí)間，改進(jìn)生產(chǎn)率，增強(qiáng)廠商競(jìng)爭(zhēng)力。

附圖說(shuō)明

圖1混流焊裝系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)換示意圖

圖2關(guān)鍵復(fù)雜度源識(shí)別、診斷流程(注：)

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明,并非用于限定本發(fā)明的范圍。

一、工位級(jí)裝配體復(fù)雜度建模

(1)工位設(shè)備復(fù)雜度

靜態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度由三部分因素組成：信息量大小，信息多樣化指標(biāo)和信息內(nèi)容含量。在焊裝線工位上，三類(lèi)設(shè)備中各自的具體特定設(shè)備可用復(fù)雜度指數(shù)表示復(fù)雜度的信息內(nèi)容含量，對(duì)信息量大小和多樣化的理解，是通過(guò)信息內(nèi)容含量的把握進(jìn)行的。

針對(duì)具體某一工位的焊裝設(shè)備復(fù)雜度、物料搬運(yùn)設(shè)備復(fù)雜度、緩存區(qū)設(shè)備復(fù)雜度，表示為：

ce＝(ne/ne+ie)[log2(ne+1)],e＝m,mhs,b

式中，m,mhs,b分別代表焊裝設(shè)備、物料搬運(yùn)設(shè)備、緩存區(qū)設(shè)備。ne/ne表示信息多樣化指標(biāo)，其中ne為該工位某類(lèi)獨(dú)特設(shè)備數(shù)目，ne為該工位某類(lèi)設(shè)備總體數(shù)目；log2(ne+1)則表示信息量大小，ie為該工位某類(lèi)設(shè)備整體的平均復(fù)雜度指數(shù)，表征信息內(nèi)容含量。具體編碼見(jiàn)附圖說(shuō)明表1、表2、表3。

表1焊裝及輔助設(shè)備編碼

表2物料搬運(yùn)設(shè)備編碼

表3緩存區(qū)設(shè)備編碼

(2)產(chǎn)品組件選擇復(fù)雜度

對(duì)于個(gè)性化車(chē)身產(chǎn)品族，令表示焊裝線上工位k所裝配的模塊集合，對(duì)于模塊r，具有vr個(gè)不同的產(chǎn)品變型，由這些模塊組合裝配所成的組件數(shù)目為則其對(duì)每一車(chē)身產(chǎn)品變型的需求比例構(gòu)成需求向量為

如果這些模塊集合在串聯(lián)工位k進(jìn)行焊裝，工位操作人員或規(guī)劃人員面臨選擇的組件變型數(shù)目為此時(shí)，對(duì)組件變型vl的需求比例，存在：

如果這些模塊集合在并聯(lián)工位上進(jìn)行焊裝，則作為工位之一k的操作人員或規(guī)劃人員面臨選擇的組件變型數(shù)目仍為但是，對(duì)組件變型vl的需求比例由于并聯(lián)分流，此時(shí)，對(duì)組件變型vl的需求比例，存在：

其中，θkl表示將組件變型vl分配至并聯(lián)工位之一k的比例。令表示在nk個(gè)并聯(lián)工位情形下，分配至工位k的所有組件變型生產(chǎn)比例。

本發(fā)明中，用信息熵度量輸出結(jié)果的不確定性。

對(duì)于串聯(lián)焊裝工位k，則

式中，信息熵h¹上標(biāo)1表示該工位為串聯(lián)焊裝工位。

在nk并聯(lián)焊裝工位上進(jìn)行焊裝，則

式中，信息熵h²上標(biāo)2表示該工位為并聯(lián)焊裝工位。

二、系統(tǒng)級(jí)復(fù)雜度傳遞建模

(1)焊裝線混聯(lián)結(jié)構(gòu)等效操作

為便于進(jìn)一步進(jìn)行復(fù)雜度的分析，因此，需要對(duì)焊裝線的信息流混聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn)行等效約簡(jiǎn)，去除其中所含的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，得出完全的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。如圖1所示，等效簡(jiǎn)化可表示為：

首先對(duì)混聯(lián)結(jié)構(gòu)中的并聯(lián)部分內(nèi)各支路上的串聯(lián)工位進(jìn)行串聯(lián)等效操作，即操作，形成單一等效工位。針對(duì)上述步驟完成的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行并聯(lián)等效操作，即操作，形成單一等效工位。直到串聯(lián)結(jié)構(gòu)為車(chē)身產(chǎn)品焊裝主線，則等效操作結(jié)束。

(2)系統(tǒng)級(jí)復(fù)雜度流模型

設(shè)在經(jīng)等效操作之后的串聯(lián)工位i(i＝1,2...m)上，進(jìn)行焊裝的模塊集合為這些模塊組合裝配之后得到的組件變型(介于模塊與最終產(chǎn)品之間)數(shù)目為組件變型則其需求向量，即需求比例可表示為令p為最終的個(gè)性化車(chē)身產(chǎn)品族。

式中，l＝1,2,...,ni。表征組件變型vil是否作為個(gè)性化組件成為車(chē)身產(chǎn)品族p的一部分，是否會(huì)影響接下來(lái)工位i+1上設(shè)備的選擇。

根據(jù)對(duì)焊裝線上設(shè)備的分類(lèi)，在某工位對(duì)焊裝設(shè)備(含夾具)、物料搬運(yùn)設(shè)備、緩存區(qū)設(shè)備進(jìn)行選擇用于接下來(lái)的焊裝操作，這種選擇行為依次編號(hào)為1(m)，2(mhs)，3(b)。為表示工位i上組件變型對(duì)工位i+1上設(shè)備選擇的影響，定義組件變型與設(shè)備選擇的關(guān)系矩陣：

式中，

當(dāng)存在個(gè)性化模塊時(shí)，個(gè)性化模塊裝配而成的組件將有可能導(dǎo)致后繼下游工位內(nèi)的設(shè)備產(chǎn)生相當(dāng)程度的變更，因此，需要研究個(gè)性化組件對(duì)于下游工位的影響。

由工位i上組件的需求向量以及可以得到：

表示工位i上的個(gè)性化組件變型需求向量，由此概率，應(yīng)用信息熵定義也可獲得在工位i上由于個(gè)性化組件產(chǎn)生的復(fù)雜度為：

其中運(yùn)算符表示該復(fù)雜度，上標(biāo)1表示此工位定義為串聯(lián)工位。該w算子表示引入個(gè)性化因素，將由工位上組件向量所得到的信息熵值計(jì)算得到個(gè)性化組件產(chǎn)生的復(fù)雜度。

工位i上加入個(gè)性化組件時(shí)，工位i+1上設(shè)備處于備選狀態(tài)f的概率為此時(shí)，由這些概率計(jì)算所得的信息熵為：

表示上一工位個(gè)性化組件進(jìn)行裝配對(duì)下一工位的設(shè)備選擇所造成的不確定性，即所傳遞的裝備選擇復(fù)雜度。也可定義

其中e∈{1,2,3}且1＝m，2＝mhs，3＝b。此處，也可視作算子，也可視為轉(zhuǎn)換函數(shù)形式，它考慮到工位i上個(gè)性化組件產(chǎn)生的復(fù)雜度，對(duì)下一工位i+1的設(shè)備選擇信息熵進(jìn)行計(jì)算，得到個(gè)性化組件引發(fā)的設(shè)備選擇復(fù)雜度。表示轉(zhuǎn)換函數(shù)的復(fù)合關(guān)系，稱為串聯(lián)工位i上組件變型復(fù)雜度。

根據(jù)狀態(tài)空間理論，建立復(fù)雜度流模型：

因?yàn)?imgfile="bda0001267800740000077.gif"wi="659"he="71"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>所以，有：

式中，i＝1,2,...,n，為經(jīng)等效之后的n個(gè)串聯(lián)焊裝工位，為基本組件的復(fù)雜度，

式中，存在：

其中，ψi,h＝ai-1ai-2…ah是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，yi表示對(duì)工位i的組件所具產(chǎn)品關(guān)鍵特征，通過(guò)檢驗(yàn)、測(cè)量進(jìn)行的專(zhuān)家評(píng)估，在焊裝線末端，則進(jìn)行最終個(gè)性化車(chē)身產(chǎn)品族的專(zhuān)家評(píng)估。i＝m時(shí)，也可視作規(guī)劃者根據(jù)上述工藝和裝配系統(tǒng)規(guī)劃對(duì)最終個(gè)性化產(chǎn)品質(zhì)量不確定性的預(yù)測(cè)，即所獲產(chǎn)品質(zhì)量的專(zhuān)家評(píng)估。

式中，γm＝[[dmψm,1][dmψm,2]…[dmψm,m]]，γ0＝dmψm,0，

式中，

三、車(chē)身焊裝系統(tǒng)工藝及系統(tǒng)規(guī)劃中復(fù)雜度源靈敏度分析

在系統(tǒng)級(jí)復(fù)雜度流模型內(nèi)，靈敏度分析用于評(píng)估每一復(fù)雜度源對(duì)于個(gè)性化車(chē)身產(chǎn)品族質(zhì)量(專(zhuān)家評(píng)估)的影響，可用作決策支持工具，以指導(dǎo)工藝及系統(tǒng)規(guī)劃的修訂和完善。靈敏度分析的過(guò)程分為以下步驟：

step1：比較設(shè)備靈敏度指數(shù)(即設(shè)備選擇不確定性對(duì)車(chē)身產(chǎn)品族質(zhì)量影響程度)和組件變型靈敏度指數(shù)(即組件變型不確定性對(duì)于車(chē)身產(chǎn)品族質(zhì)量影響程度)，確定工藝規(guī)劃內(nèi)的主復(fù)雜度源；

step2：如果主復(fù)雜度源是來(lái)自設(shè)備，則比較設(shè)備對(duì)于每一產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵特征的靈敏度指數(shù)與設(shè)備對(duì)于車(chē)身產(chǎn)品靈敏度指數(shù)(即step1中的設(shè)備靈敏度指數(shù))，確定關(guān)鍵的產(chǎn)品關(guān)鍵特征；如果主復(fù)雜度源來(lái)自組件變型，則比較組件變型對(duì)于每一產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵特征的靈敏度指數(shù)與組件變型對(duì)于車(chē)身產(chǎn)品靈敏度指數(shù)，確定關(guān)鍵的產(chǎn)品關(guān)鍵特征；

step3：確定產(chǎn)品關(guān)鍵特征基礎(chǔ)上，確定復(fù)雜度源所在的關(guān)鍵工位，確認(rèn)關(guān)鍵復(fù)雜度源，針對(duì)其進(jìn)行修訂，以改善工藝及系統(tǒng)規(guī)劃，增強(qiáng)其魯棒性。

假設(shè)焊裝線具有m個(gè)工位，每一工位上，存在產(chǎn)品變型復(fù)雜度、焊裝設(shè)備復(fù)雜度、搬運(yùn)設(shè)備復(fù)雜度、緩存區(qū)設(shè)備復(fù)雜度，焊裝線最終產(chǎn)品是個(gè)性化車(chē)身產(chǎn)品族，具有i個(gè)產(chǎn)品關(guān)鍵特征，則一些列靈敏度指數(shù)可計(jì)算如下：

(1)工位k上焊裝設(shè)備靈敏度指數(shù)

表示工位k上焊裝設(shè)備復(fù)雜度對(duì)于單一產(chǎn)品關(guān)鍵特征和產(chǎn)品族的影響，表示如下，首先，對(duì)于車(chē)身產(chǎn)品關(guān)鍵特征：

式中，γi,j為矩陣γm的第i行第j列元素，和δyi分別為k工位上焊裝設(shè)備復(fù)雜度源的容許偏差和產(chǎn)品關(guān)鍵特征yi的容許偏差。該式表示焊裝設(shè)備j對(duì)關(guān)鍵產(chǎn)品特征yi的影響程度。對(duì)于產(chǎn)品族：

式中，表示焊裝設(shè)備j復(fù)雜度對(duì)產(chǎn)品族關(guān)鍵特征的平均影響。則該工位焊裝設(shè)備復(fù)雜度對(duì)產(chǎn)品關(guān)鍵特征yi的影響為：

式中，表示工位k上的焊裝設(shè)備編號(hào)數(shù)目。對(duì)產(chǎn)品族關(guān)鍵產(chǎn)品特征的平均影響為：

(2)同理，工位k上物料搬運(yùn)設(shè)備靈敏度指數(shù)、緩存區(qū)設(shè)備靈敏度指數(shù)可表示為：

(3)工位k上組件變型產(chǎn)生的復(fù)雜度對(duì)于最終產(chǎn)品的影響，也可以應(yīng)用上述方法獲得一系列靈敏度指數(shù)：

(4)工藝靈敏度指數(shù)

這組靈敏度指數(shù)表示焊裝線上的設(shè)備和組件變型產(chǎn)生的復(fù)雜度對(duì)單一關(guān)鍵產(chǎn)品特征和車(chē)身產(chǎn)品族的影響。

同理，可以得到以及

根據(jù)上述靈敏度指數(shù)的定義，建立關(guān)鍵復(fù)雜度源識(shí)別、診斷的流程如圖2所示。