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申请/专利权人：东莞理工学院

摘要：本发明公开了基于半开排队网络的复杂CONWIP系统性能评估方法，其包括：S1、建立基于CONWIP控制策略的多品种生产系统；S2、计算所有作业的综合路径矩阵P；S3、使用半开排队网络对基于CONWIP控制策略的多品种生产系统进行建模；S5、通过迭代算法评估两串联服务站半开排队网络的性能参数：S6、计算除瓶颈工作站以外的其他工作站各自的平均工件队长；S7、将泊松到达和指数分布加工时间的半开排队网络扩展成为一般性到达和一般性分布加工时间的半开排队网络；S8、评估带有一般性到达与一般性分布加工时间的半开排队网络；S9、系统性能指标评估指标。本发明能够有效地对复杂CONWIP系统进行性能评估。

主权项：1.基于半开排队网络的复杂CONWIP系统性能评估方法，其特征在于，包括有以下步骤，具体的：S1、建立基于CONWIP控制策略的多品种生产系统：一个工件从进入系统时便与一个看板卡绑定，看板卡伴随与之对应工件的整个生产过程；在一个工件完成全部加工时，系统释放与之对应的看板卡，且释放后的看板卡回到看板池中等待与下一个工件进行匹配；在基于CONWIP控制策略的多品种生产系统中，看板卡数量为C，K类工件在M个工作站上加工，工作站m中有nm个并行设备，类型为k的工件的到达率为λk，且全部工件的总到达率为λ＝λ1+λ2+…+λK；其中，m表示工作站类型，k表示工件类型，M表示工作站类型的总数量，K表示工件类型的总数量，C表示看卡板总量；S2、由于工件加工过程服从先到先服务规则，即每个类型的工件有一个独立且确定的工艺路径，使用路径矩阵Pk表示类型为k的工件的工艺路径；路径矩阵Pk的行表示上一道工序的输出，列表示下一道工序的输入，故所有作业的综合路径矩阵用P来表示： S3、使用半开排队网络对基于CONWIP控制策略的多品种生产系统进行建模，并建立半开排队网络模型；于该半开排队网络模型中，当工件到达时，看板池随机分配一个看板卡与该工件匹配，该匹配过程被建模为排队网络中的同步站；同步站包含两个队列：工件队列与看板队列；如果看板队列中存在可用看板卡，则到达系统外的工件将立即匹配一个看板卡，匹配过程不耗费时间；如果看板队列中没有看板卡，则到达的工件将在工件队列中等待至最少一个可用看板卡产生；S4、通过状态空间方法对带泊松到达与指数分布加工时间的半开排队网络进行分析，其步骤包括有：S4.1、瓶颈识别：瓶颈是相对利用率最高的工作站，可使用以下公式进行识别： 其中，em表示工作站m的综合访问率，μm表示工作站m任意一个设备的服务率；S4.2、将系统中的瓶颈工作站记为“服务站b”，根据以下公式计算出服务站b在系统看板卡数量为c时的服务率为： 使用近似平均值估计算法分析由除了瓶颈以外的所有工作站组成的闭环排队网络Λ，考虑将闭环排队网络Λ由一个等效服务站替代并标记为“服务站o”，则服务站o的服务率μoc＝THCΛc，1≤c≤C；S4.3、依据步骤S4.2的划分思路，建立与原本半开排队网络模型等效的两串联服务站半开排队网络模型；在该两串联服务站半开排队网络模型中，第一个服务站是瓶颈工作站，记作“服务站b”；第二个工作站是除瓶颈工作站以外的其他所有工作站组成的等效服务站，记作“服务站o”，这两个服务站的服务率通过步骤S4.2求得；S4.4、建立两串联服务站半开排队网络的状态转移图，使用状态参数i，j表示半开排队网络的状态，其中，i表示外部队列与瓶颈工作站处总共有i个工件，j表示在服务站o处有j个工件；根据状态转移图，可推导出所涉及的状态转移平衡方程如下：1当状态为0，0时，对应的状态转移平衡方程为：λp0，0＝μo1p0，1；2当状态为0，C时，对应的状态转移平衡方程为：λ+μoCp0，C＝μb1p1，C-1；3当状态为0，j：C＞j＞0时，对应的状态转移平衡方程为：λ+μojp0，j＝μb1p1，j-1+μoj+1p0，j+1；4当状态为i，0：i＞0时，对应的状态转移平衡方程为：λ+μbypi，0＝λpi-1，0+μb1pi，1；其中，y＝mini，C；5当状态为i，C：i＞0时，对应的状态转移平衡方程为：λ+μoCpi，C＝λpi-1，C+μb1pi+1，C-1；6当状态为i，j：i＞0；C＞j＞0时，对应的状态转移平衡方程为：λ+μby+μojpi，j＝λpi-1，j+μbxpi+1，j-1+μoj+1pi，j+1；其中，y＝mini，C-j，x＝mini+1，C-j+1；S5、通过迭代算法评估两串联服务站半开排队网络的性能参数：外部工件队列的平均工件数量瓶颈工作站平均工件数量其中，系统中除瓶颈工作站以外的其他工作站处的平均工件总数因此，两串联服务站半开排队网络中平均工件总数为Lint＝Lb+Lo；看板队列中的平均看板卡数量为Lc＝C-Lint；S6、计算除瓶颈工作站以外的其他工作站各自的平均工件队长，对于闭环排队网络Λ中的工作站mm＝1，2，…，M且m为非瓶颈工作站，具体步骤为：S6.1、将Lo按照四舍五入取整为Co：使用近似平均值估计算法的流程评估闭环排队网络并计算QmCo和pml|Co；S6.2、计算ELmCo、工作站m的服务率Am： S6.3、计算带有Lo个看板卡的闭环排队网络的ELmLo、以及各工作站处等待服务的平均工件数量。 S7、将泊松到达和指数分布加工时间的半开排队网络扩展成为一般性到达和一般性分布加工时间的半开排队网络，并进一步提出用于分析一般性半开排队网络的近似估算方法：为分析一般性到达和一般性分布加工时间的半开排队网络，先计算该半开排队网络对应的带泊松到达和指数分布加工时间的半开排队网络的分析结果，然后结合一般性分布的参数对得到的结果进行修正；其中，工件到达过程的一般性分布中的平方变异系数SCV记为看板队列中的看板卡到达过程的一般性分布中的平方变异系数SCV记为S7.1、计算工件离开过程的SCV： 其中，wsync＝λTHCC；将每一类工件的每一个工序看成一个独立的到达流和离开流，即每个工件任一工序的到达过程与离开过程的SCV参数均需要分别进行计算，即类型为k的工件的离开过程的SCV记为使用表示类型为k的工件工序l的到达过程的SCV，该参数等于上一工序的离开过程的SCV，即 将类型为k的工件的工序l在工作站mm＝1，…，M的访问率记为工作站m的到达流是经过该工作站的各类工件到达流的叠加，即工作站m的到达过程所涉及的SCV记为其中，w-1＝[1+41-ρm2v-1]，ρm＝λemμm，使用yk，l.m＝1表示类型为k的工件的工序l在工作站m上被加工，否则yk，l.m＝0；Lk代表类型为k的工件所包含的工序数量；工作站m表示工件离开过程的SCV，其计算公式为 类型为k的工件的工序l在对应工作站的离开过程的SCV为： 其中，ρk，l，m＝em，l，kμm；S7.2、计算工件达到过程的SCV：看板队列的到达是不同工件类型所对应的看板卡到达过程的叠加，看板卡到达过程的SCV参数记为其计算公式如下：S8、评估带有一般性到达与一般性分布加工时间的半开排队网络，其步骤为：S8.1、使用状态空间法评估该一般性半开排队网络所对应的带有泊松到达和指数分布服务时间的半开排队网络，获得各个工作站处的平均工件队列长度性能评估结果；S8.2、使用迭代算法求解所有的工作站以及同步站对应的到达过程与离开过程的SCV的值；S8.3、使用修正系数乘以步骤S8.1中带有泊松到达和指数分布服务时间的半开排队网络中每个对应工作站处的平均工件队列长度，得到修正后的每个工作站处的平均工件队列长度；通过使用修正系数乘以步骤S8.1中带有泊松到达和指数分布服务时间的半开排队网络中同步站处的平均工件队列长度，得到修正后的同步站处的平均工件队列长度；S9、评估系统吞吐率、车间加工周期时间、总加工周期时间、工作站利用率及看板卡利用率：S9.1、系统吞吐率等于工件到达率，故类型k对应的工件的吞吐率THk等于到达率λk；S9.2、车间加工周期时间Sk指的是工件在生产系统中的逗留时间，即工件从进入系统到完成加工所花费的时间；类型k对应的车间加工周期时间 S9.3、总加工周期时间THTk包含工件在系统外部的工件队列中的等待时间以及在系统中的逗留时间Sk；类型k对应的工件总加工周期时间其中，S9.4、工作站利用率：工作站m的利用率为S9.5、看板卡利用率：看板卡在生产系统内时则表示看板卡正在被利用，在看板队列等待时则表示看板卡未被利用，故看板卡的平均利用率为

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