1單元化制造系統(tǒng) 為......



1 單元化制造系統(tǒng)
為適應市場和技術的發(fā)展變化，制造系統(tǒng)正變得越來越分散化。將整個制造系統(tǒng)看成是由許多具有不同控制策略、自治的、相互協(xié)調彼此行為的單元(cell)組成的，具有動態(tài)單元化的組織結構，可降低系統(tǒng)的組織復雜度，便于組成更靈活、有效的系統(tǒng)。我們稱采用這種思想構建的分布式制造系統(tǒng)為單元化制造系統(tǒng)。其中的單元可以是一個子單元，也可以是由多個子單元組成的系統(tǒng)。系統(tǒng)中任何一個可用資源都可視作單元(包括制造單元和非制造單元，甚至可以是虛擬單元)，單元間不存在固定的組織結構關系，而是通過協(xié)調來形成目標明確、邏輯獨立的組織。

一個單元可同時參與多個這樣的組織。
圖1 單元化制造系統(tǒng)體系結構
單元化制造系統(tǒng)的體系結構如圖1所示。其中有四類單元：產(chǎn)品單元管理產(chǎn)品的配套結構和工藝信息，產(chǎn)品或零部件與產(chǎn)品單元有著一一對應的關系：任務單元負責任務管理，任何一個任務(生產(chǎn)或非生產(chǎn))都對應一個任務單元：資源單元是資源代理，可與任務單元通信協(xié)調制造系統(tǒng)中資源的分配，如加工中心就是資源單元之一：輔助單元代表專職單元，比如，工藝設計單元、調度單元、CAD單元等，統(tǒng)稱為輔助單元。
2 單元化制造系統(tǒng)中面向訂單的動態(tài)組織
TAEMS任務建模語言
單元化制造系統(tǒng)要根據(jù)產(chǎn)品單元提供的任務來進行組織。我們采用麻省理工大學MAS研究所提出的TAEMS(Task Analysis, Environment Modeling, and Simulation)作為產(chǎn)品任務結構的描述語言，該語言具有表達組織和任務結構的雙重功能。
圖2 產(chǎn)品A的BOM和任務結構(TAEMS表達) TAEMS基本要素
TAEMS用TaskGroud樹代表問題求解過程(圖2b)。樹節(jié)點稱為任務(task)，葉節(jié)點又可稱為方法(method)。非葉節(jié)點task有一個或多個子任務，任務間存在約束關系。任務(方法)有三個量化參數(shù)：成本(cost)、質量(quality)和工期(duration)，用來比較方案之間的優(yōu)劣。質量是任務完成質量的量化表示。質量值越大，任務完成得越好。非葉節(jié)點任務的質量以其子任務的質量值為參數(shù)，通過質量累計函數(shù)(quality accumulating functions簡稱為QAFs)計算得出。樹中各級任務質量依次逐級向上累計，最后得到根節(jié)點的質量值，從而可對任務的全局完成情況進行評估。
本文有[www.0574-laser.com]提供，請及時關注[www.0574-laser.com]提供的內容
質量累計函數(shù)(QAFs)-min和exactone(圖2b)
min函數(shù)表明子任務全部完成了，父任務才算完成，父任務的質量值由子任務中當前最小質量值決定：exact one函數(shù)表明父任務有若干種互斥的解決方案，父任務質量值取決于選中的執(zhí)行任務的質量值。
‘enables’關系(圖3)
‘enables’是任務之間的一種重要約束關系。用下式表示任務Ta、‘enables’任務M：
enables(Ta, M, t, d, q, q)
式中：t——當前時刻
d——在時刻t，完成Ta需要的時間(duration)
q——Ta的當前質量
q——‘enables’關系滿足時，Ta必須具有的質量值
圖3 ‘enables’關系
如果q等于q(M，d)，對‘enables’的簡單解釋是：Ta完成之前，M不可能開始?！甧nables’關系類似于活動網(wǎng)絡分析中的先后次序關系。
產(chǎn)品A的任務結構示例
圖2a表示產(chǎn)品A的BOM。產(chǎn)品A由零件B和零件C裝配而成。零件C自制，零件B有兩種獲得方式：“自制”和“外購”。圖2b是產(chǎn)品A的生產(chǎn)任務結構。每個任務都有自己的“執(zhí)行單元”和“單元角色”。前者負責任務的執(zhí)行和管理，后者表明單元的組織關系。task B與兩個子任務之間的質量累計函數(shù)為exactone，表示task B只能選取子任務中的一個執(zhí)行。task B的“執(zhí)行單元”根據(jù)實際情況(產(chǎn)品交貨期的緊迫程度、生產(chǎn)設備的狀況)，通過質量累計函數(shù)計算得到質量、成本、工期的值，并做出方案決策。
面向訂單的組織形成過程
單元圍繞訂單的協(xié)調組織過程可分為兩步：(1)任務單元分析任務結構，逐層產(chǎn)生輔助任務單元：(2)任務單元根據(jù)自身任務結構與相應的資源單元協(xié)商，取得資源使用權。
(1)任務單元的組織
根據(jù)客戶合同產(chǎn)生產(chǎn)品A的訂單(任務單元A)。任務單元A在產(chǎn)品單元A處取得產(chǎn)品A的生產(chǎn)任務結構后，根據(jù)任務結構中task B和task C的復雜程序，生成對應的“執(zhí)行單元”(任務單元B和任務單元C)，同時將任務結構復制給新產(chǎn)生的任務單元，見圖4a。執(zhí)行任務的單元必須承擔任務規(guī)定的角色，從而在多個任務單元之間形成了一定的組織結構關系。這種關系通過角色來表達。其中，角色“任務執(zhí)行者”負責向“任務管理者”報告方案選擇結果、質量累計結果、質量、成本、工期等?！叭蝿展芾碚摺睂ψ尤蝿招畔⑦M行統(tǒng)計、分析和決策(比如，根據(jù)質量累計函數(shù)對子任務質量進行計算，取得累計質量)?？偠灾?，“任務管理者”承擔管理職能，“任務執(zhí)行者”負責任務執(zhí)行和進度匯報。單元的組織關系具有分形特點，比如任務單元B和任務單元C對任務單元(而言是“任務執(zhí)行者”，對于其子任務的執(zhí)行單元而言是“任務管理者”圖4 單元的組織過程
(2)任務單元和資源單元的組織
為具體組織生產(chǎn)，任務單元要和相應資源單元協(xié)商取得資源使用權。以任務單元B與資源單元的協(xié)商為例，見圖4b。任務單元B在取得自己的任務結構之后，根據(jù)質量累計函數(shù)exact one，首先向企業(yè)的采購部門(資源單元)和可承擔加工任務的工作中心1和工作中心2(資源單元)詢問當前狀況。根據(jù)當前狀況，任務單元B作出方案選擇。假設任務單元B從任務單元A得到的訂單控制策略是“質量越高越好”，在權衡了候選方案(“自制”和“從供應商S1處購買”)的質量后，任務單元B選擇前者(其質量值為4，大于后者的3)。隨后，任務單元B與工作中心1和工作中心2進行協(xié)商取得相應時間段的資源使用權，形成了任務單元和資源單元之間的合同關系。
本文有[www.0574-laser.com]提供，請及時關注[www.0574-laser.com]提供的內容
單元化制造系統(tǒng)組織結構的柔性
各單元在TAEMS基礎上，通過協(xié)調圍繞任務單元A形成了單元之間的組織結構。任務單元之間形成管理層次結構，任務單元與資源單元(工作中心1和工作中心2)形成“合同”結構。單元間這種組織關系不是固定的，可隨內外環(huán)境的變化做出相應的調整。比如，在工作中心1不能工作的情況下，任務單元B可根據(jù)其質量累計函數(shù)(exact one)，轉而采用“從供應商S1處購買”的方案，并且與供應商協(xié)商得到新的task B的完成時間(供應商交貨時間)。根據(jù)關系“task B‘enables’task D”，task B的“執(zhí)行單元”(任務單元B)還要與task A的“執(zhí)行單元”(任務單元A)直接協(xié)商，為task D(裝配產(chǎn)品A)的執(zhí)行安排新的時間。因此，利用TAEMS語言描述的任務結構，單元間可形成靈活、動態(tài)的組織關系，增加和提高系統(tǒng)的抗干擾能力和柔性。