一种基于综合性能评价的生产线构建方法及系统

本发明属于生产线生产，更具体地，涉及一种基于综合性能评价的生产线构建方法及系统。

背景技术：

1、生产线是根据产品的工艺路径来确定和布置专业化生产设备的一种高效的生产组织方式，相对于传统的生产组织方式，生产线具有很高的生产效率。目前对于生产线性能的研究涉及各个维度，包括产能、可用性、鲁棒性和平衡等；而在构建生产线时，需要对各性能指标进行快速、准确的评估，以选定最优的生产线参数，提高生产效率。

2、但目前的研究大都只针对生产线性能的某一维度，对于生产线性能的反映都具有一定的片面性。同时，采用仿真软件获取不同生产线参数对应的性能指标是比较费时的，特别是在产线的设计阶段，由于很多配置参数都没有确定，对于各种不同的设计方案只能逐一更改仿真模型参数，并再分别进行多次独立重复仿真，完成这一过程需要大量的时间和计算资源。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于综合性能评价的生产线构建方法及系统，其目的在于，综合考虑多个生产线性能评价指标，并提高生产线参数的调整优化效率，快速构建符合综合性能需求的生产线。

2、为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种基于综合性能评价的生产线构建方法，包括模型训练阶段和模型使用阶段；

3、模型训练阶段包括：

4、s1、确定生产线的评价指标，将各评价指标加权融合确定生产线综合性能评价指标；

5、s2、通过建模仿真获取不同生产线参数对应的综合性能评价指标的评估值，进而得到样本集；

6、s3、通过样本集对预测模型进行训练，得到训练后的预测模型；

7、模型使用阶段包括：

8、s4、基于预测模型，对待构建生产线参数进行优化，使综合性能评价指标满足需求，从而完成生产线构建。

9、作为进一步优选的，对已有生产线进行调整时：在模型使用阶段，根据生产线参数对评价指标的敏感性，筛选部分生产线参数输入训练后的预测模型，并优先调整敏感性较高的生产线参数，使预测模型预测的综合性能评价指标满足需求，从而完成生产线的调整构建。

10、作为进一步优选的，生产线参数对评价指标的敏感性的计算方法为：先使用morris方法定性地筛选出敏感性较高的部分生产线参数；再使用sobol法对筛选出的生产线参数进行定量敏感性分析，得到各个生产线参数的敏感性。

11、作为进一步优选的，重新构建生产线时：在模型使用阶段，采用xgboost预测模型与遗传算法相结合对生产线参数进行优化，具体以生产线参数为种群个体，以通过xgboost预测模型计算出的综合性能评价指标作为适应度，通过遗传算法迭代优化，确定最优生产线参数，完成生产线的重新构建。

12、作为进一步优选的，所述生产线的评价指标包括生产线产能、可用性、鲁棒性和平衡率，通过层次分析法将各评价指标加权融合确定生产线综合性能评价指标。

13、作为进一步优选的，步骤s2中，通过plant simulation仿真获取生产线综合性能评价指标。

14、作为进一步优选的，通过welch移动平均法确定仿真预热时间，并在仿真结束后，将仿真预热时间内获取的评估值删除，以剩下的评估值构建样本集。

15、作为进一步优选的，以剩下的评估值构建样本集具体为：以生产线参数及其对应的综合性能评价指标的评估值构建数据集，通过拉丁抽立方采样在数据集中进行样本选取，从而得到样本集。

16、作为进一步优选的，所述生产线参数包括各零件在不同加工单元的加工周期、加工单元故障维修时间、加工单元故障间隔时间和加工单元缓冲区大小。

17、按照本发明的另一方面，提供了一种基于综合性能评价的生产线构建系统，包括处理器，所述处理器用于执行上述基于综合性能评价的生产线构建方法。

18、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

19、1.本发明对各性能指标进行赋权，从而进行加权融合获得综合性能评价指标，基于综合性能评价指标的建立，通过仿真模型来获取评价所需的数据；进而采用预测模型来代替仿真模型，避免仿真模型获取结果的过程繁琐和耗时耗力，并且基于预测模型进行参数优化，从而快速构建符合综合性能需求的生产线。本发明方法是实现可预测生产的基础，对于拟建线的设计和产线的改进都有重要的意义。

20、2.针对不同的应用场景，本发明对参数优化方法进行了不同设计：

21、对于已有产线的改进，每个生产线配置参数的变化都会影响评价结果，但每个参数对评价结果的影响不同，有些参数对评价结果的影响较大，而有些参数对评价结果的影响较小；本发明通过morris-sobol敏感性分析，确定了对产线评价结果影响较大的关键参数，可利用分析结果对输入空间进行降维，减少建模时的计算量，实现参数局部优化，提高参数优化效率。

22、对于新产线构建，则采用xgboost预测模型与遗传算法相结合对生产线参数进行优化，可避免陷入局部最优，实现参数全局优化，使综合性能评价指标达到最优。

23、3.本发明通过对预测模型的设计，可以有更快的预测速度，耗费的计算资源少，还具有以下优点：能对不同参数设置的产线方案的综合性能评价指标结果进行预测；能消除仿真中随机性的影响，平滑仿真结果；应用预测模型可以更加方便地探究各个配置参数对生产线综合性能评价指标结果的影响程度；应用预测模型可以更加快速便捷地对生产线进行参数优化。

24、4.本发明从反映生产线性能的四个维度中选取了代表性指标，综合考虑了生产线各维度性能，可为生产线进行综合的评估，使评估值更能代表一个生产线的综合整体性能，从而更好地把握生产线的整体状态，更好地进行设计和优化。

25、5.在仿真阶段，离散时间仿真存在一个初始瞬态问题，导致模型的输出结果与稳态时的结果不同的现象，使用welch移动平均法定一个仿真预热时间，在经过仿真预热时间的运行后，模型的观测值达到其稳态时候的表现，可以将仿真预热时间内的观测值删除，只将剩下的观测值进行统计求解，提高仿真结果准确性。

26、6.利用离散时间仿真模型进行计算机仿真实验获取所有样本数据集，对样本进行分层随机抽样，具体为拉丁抽立方采样来进行样本选取，使样本分布更加均匀，随机性也较高。

技术特征：

1.一种基于综合性能评价的生产线构建方法，其特征在于，包括模型训练阶段和模型使用阶段；

2.如权利要求1所述的基于综合性能评价的生产线构建方法，其特征在于，对已有生产线进行调整时：在模型使用阶段，根据生产线参数对评价指标的敏感性，筛选部分生产线参数输入训练后的预测模型，并优先调整敏感性较高的生产线参数，使预测模型预测的综合性能评价指标满足需求，从而完成生产线的调整构建。

3.如权利要求2所述的基于综合性能评价的生产线构建方法，其特征在于，生产线参数对评价指标的敏感性的计算方法为：先使用morris方法定性地筛选出敏感性较高的部分生产线参数；再使用sobol法对筛选出的生产线参数进行定量敏感性分析，得到各个生产线参数的敏感性。

4.如权利要求1所述的基于综合性能评价的生产线构建方法，其特征在于，重新构建生产线时：在模型使用阶段，采用xgboost预测模型与遗传算法相结合对生产线参数进行优化，具体以生产线参数为种群个体，以通过xgboost预测模型计算出的综合性能评价指标作为适应度，通过遗传算法迭代优化，确定最优生产线参数，完成生产线的重新构建。

5.如权利要求1所述的基于综合性能评价的生产线构建方法，其特征在于，所述生产线的评价指标包括生产线产能、可用性、鲁棒性和平衡率，通过层次分析法将各评价指标加权融合确定生产线综合性能评价指标。

6.如权利要求1所述的基于综合性能评价的生产线构建方法，其特征在于，步骤s2中，通过plant simulation仿真获取生产线综合性能评价指标。

7.如权利要求6所述的基于综合性能评价的生产线构建方法，其特征在于，通过welch移动平均法确定仿真预热时间，并在仿真结束后，将仿真预热时间内获取的评估值删除，以剩下的评估值构建样本集。

8.如权利要求7所述的基于综合性能评价的生产线构建方法，其特征在于，以剩下的评估值构建样本集具体为：以生产线参数及其对应的综合性能评价指标的评估值构建数据集，通过拉丁抽立方采样在数据集中进行样本选取，从而得到样本集。

9.如权利要求1-8任一项所述的基于综合性能评价的生产线构建方法，其特征在于，所述生产线参数包括各零件在不同加工单元的加工周期、加工单元故障维修时间、加工单元故障间隔时间和加工单元缓冲区大小。

10.一种基于综合性能评价的生产线构建系统，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行如权利要求1-9任一项所述的基于综合性能评价的生产线构建方法。

技术总结
本发明属于生产线生产技术领域，并具体公开了一种基于综合性能评价的生产线构建方法及系统，其包括：S1、确定生产线的评价指标，将各评价指标加权融合确定生产线综合性能评价指标；S2、通过建模仿真获取不同生产线参数对应的综合性能评价指标的评估值，进而得到样本集；S3、通过样本集对预测模型进行训练，得到训练后的预测模型；S4、基于预测模型，对待构建生产线参数进行优化，使综合性能评价指标满足需求，从而完成生产线构建。同时将遗传算法和预测模型相结合，实现产线配置参数的全局优化。本发明方法是实现可预测生产的基础，对于拟建线的设计和在产线的改进都有重要的意义。

技术研发人员：贺松平,邹奕,李斌,彭芳瑜,张露,毛新勇,刘红奇,王照宇
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12