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FMS優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

時間:2011-03-12 15:55:32 來源:未知

  面向FMS生產(chǎn)調(diào)度和控制的零件動態(tài)工藝模型研究



  摘要:提出一種基于FMS生產(chǎn)調(diào)度與控制的零件動態(tài)工藝模型。該模型由零件加工工序和各個工序之間的約束關(guān)系描述兩部分組成,去掉了傳統(tǒng)人為的加工順序約束,易于與生產(chǎn)調(diào)度控制系統(tǒng)集成,能充分發(fā)揮FMS生產(chǎn)調(diào)度柔性的特點(diǎn),為FMS優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度的實(shí)現(xiàn)提供一條較好的途徑。關(guān)鍵詞FMS生產(chǎn)調(diào)度CAPP動態(tài)工藝模型中國圖書資料分類法分類號TH165



  筆者根據(jù)FMS生產(chǎn)調(diào)度的特點(diǎn),在現(xiàn)有零件模型的基礎(chǔ)上提出零件的動態(tài)工藝模型。



  1零件工藝模型的常用表達(dá)方法通常的CAPP系統(tǒng)只能設(shè)計(jì)出靜態(tài)的或只具有部分柔性的理想化的工藝規(guī)程。1.1固定加工順序的工藝文件方式通常生產(chǎn)調(diào)度中使用的零件工藝文件格式為零件名;零件號;工序1,機(jī)床名加工時間;工序2,機(jī)床名加工時間;……工序n,機(jī)床名加工時間;END該方法的優(yōu)點(diǎn)是表達(dá)方式簡單明了,缺點(diǎn)是限制了加工的自由度及柔性,使得加工只能嚴(yán)格按給定的工藝順序進(jìn)行,從而限制了柔性加工系統(tǒng)最優(yōu)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。該方法對單機(jī)加工或JOB—SHOP生產(chǎn)較合適。1.2多工藝方案與/或圖的表示方法[1,2]



  可以表示出零件加工順序的部分約束關(guān)系。通過對該圖按一定的啟發(fā)式搜索算法進(jìn)行搜索可得到多個可行的加工工藝路線。該方法在一定程度上增加了CAPP的柔性,并考慮到了靜態(tài)生產(chǎn)環(huán)境,但是沒有考慮實(shí)際的動態(tài)生產(chǎn)情況,因而還很難在FMS生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用。1.3有向圖表示方法有向圖可以表示零件的加工工藝順序。圖2為一實(shí)例。通過對有向圖的遍歷可得到多個工藝方案。



  本站機(jī)電一體化畢業(yè)論文供供參考,嚴(yán)禁抄襲!該方法直觀地表達(dá)了零件加工工序及工序之間的約束關(guān)系,可用圖論的方法進(jìn)行描述與變換,但對FMS可替代加工工序無法表達(dá),須對多個加工工藝方案進(jìn)行復(fù)雜的評價(jià)才有可能得到可行的加工方案。



  2基于FMS的零件動態(tài)工藝模型為了適應(yīng)FMS生產(chǎn)柔性的特點(diǎn),零件工藝描述必須既能反映零件的所有加工特征,又能反映出加工工序之間的約束關(guān)系,同時還能表示出加工工序的可替代性。所謂可替代加工工序是指某一工序可以由不同的機(jī)床加工完成,一旦確定好加工機(jī)床,則可完成該工序加工的其它候補(bǔ)工序即取消。為了增加零件工藝表達(dá)的靈活性,減少人為的對工藝加工順序的約束,筆者以現(xiàn)有零件工藝模型為基礎(chǔ),提出了一種更靈活的表示方法。零件動態(tài)工藝模型仍用有向圖表示(見圖3),圖中節(jié)點(diǎn)表示零件的一個加工工序或一系列的可替代加工工序,該工序與加工機(jī)床及對應(yīng)的加工參數(shù)相聯(lián)系(如加工時間、刀具號、NC文件名等);有向弧表示零件工序的加工順序約束關(guān)系。任何從頭節(jié)點(diǎn)(Head)到尾節(jié)點(diǎn)(End)的遍歷路徑都是一個有效的加工工藝路線。



  假設(shè)該有向圖有n條遍歷路線(工藝方案),第i道工序有ki種加工方案(即有ki-1個可替代加工工序),共有m個節(jié)點(diǎn)(不計(jì)Head和End節(jié)點(diǎn)),則零件可能有的加工方案數(shù)為。常用的CAPP系統(tǒng)產(chǎn)生的工藝方案較大地限制了零件工藝表達(dá)的柔性。較好的情況是僅考慮了部分生產(chǎn)調(diào)度的靜態(tài)因素,而且一定要產(chǎn)生完整的和確定的加工工藝路線(一般要通過對多工藝方案進(jìn)行評價(jià)后得到),這使得CAPP系統(tǒng)過于復(fù)雜。這里提出的零件動態(tài)工藝模型卻是僅提供零件的工序、可替代工序及工序加工順序之間的約束關(guān)系,至于實(shí)際生產(chǎn)中具體選擇什么樣的加工順序、每道工序中選擇哪一個可替代工序則完全由實(shí)際生產(chǎn)中的資源狀態(tài)、零件本身的加工情況以及用戶的具體要求進(jìn)行選擇,零件的具體加工工藝路線不需要事先確定,直到零件加工好后才知道,并且相同類型的零件可能有不同的工藝路線,零件的具體加工工藝是在實(shí)際加工中根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)及加工性能指標(biāo)動態(tài)重組而成。這樣的零件描述相對傳統(tǒng)的Job-Shop生產(chǎn)而言似乎是不完備的,但卻為現(xiàn)代化的柔性生產(chǎn)提供了更大的調(diào)度空間。該方法不僅大大減少了CAPP的工作量及難度,顯著提高了實(shí)際生產(chǎn)調(diào)度控制中的靈活性,而且不會提高調(diào)度控制的難度,從而為FMS生產(chǎn)性能(如系統(tǒng)生產(chǎn)率、總加工時間、機(jī)床負(fù)荷平衡率等)的提高創(chuàng)造了條件。#p#分頁標(biāo)題#e#



  3零件動態(tài)工藝模型的計(jì)算機(jī)表示方法及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.1零件工藝參數(shù)描述該部分描述了零件的所有工序參數(shù),以文件形式表示,其結(jié)構(gòu)為零件名;零件號;工序1,工序11工序12…工序1k1;工序2,工序21工序22…工序2k2;……工序n,工序n1工序n2…工序nkn;END工序i表示第i道工序的信息節(jié)點(diǎn);工序ij表示工序i的所有可完成該工序加工的工序節(jié)點(diǎn)序列。上述文件表示零件共有n道加工工序,其中工序1有k1種實(shí)現(xiàn)方法,工序2有k2種實(shí)現(xiàn)方法,……工序n有kn種實(shí)現(xiàn)方法。工序信息節(jié)點(diǎn)及可替代工序節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語言表示)為classProcedureInfo∥工序信息節(jié)點(diǎn)類{public:ProcedureInfo():∥構(gòu)造函數(shù)ProcedureInfo(int,float,ProcedureInfo*AlternativeProcedureInfo=NULL);~ProcedureInfo();∥析構(gòu)函數(shù)intMachine_No;∥機(jī)床號floatMachining_Time;∥加工時間ProcedureInfo*AlternativeProcedureInfo;∥替代工序的加工信息};classProcedure∥工序節(jié)點(diǎn)類{public:Procedure();∥構(gòu)造函數(shù)Procedure(int);∥構(gòu)造函數(shù)intProcedure_No;∥工序號ProcedureInfo*?ThisProcedureInfo;∥當(dāng)前工序Procedure*NextProcedure;∥下一道工序};3.2工藝約束關(guān)系描述零件工藝約束關(guān)系主要描述各加工工序之間的加工順序。因工序是有向圖中的節(jié)點(diǎn),工序之間的約束關(guān)系即為節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系,可用圖論方法進(jìn)行描述。3.2.1用鄰接矩陣方法鄰接矩陣



  因?qū)嶋H零件鄰接矩陣多為稀疏矩陣,也可用十字鏈表結(jié)構(gòu)表示。3.2.2用鄰接表方法



  鄰接表中每個方框表示零件的一道工序(即工序節(jié)點(diǎn)),方框內(nèi)的數(shù)字表示工序號。工序節(jié)點(diǎn)按工序號順序排放(第一列),并用箭頭指向其相鄰的工序節(jié)點(diǎn)。相鄰的工序節(jié)點(diǎn)中節(jié)點(diǎn)號為正表示該節(jié)點(diǎn)為后續(xù)工序節(jié)點(diǎn),為負(fù)表示該節(jié)點(diǎn)為前繼工序節(jié)點(diǎn)。鄰接表中工序節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)與類Procedure相似。



  4基于零件動態(tài)工藝模型的調(diào)度控制方法的實(shí)現(xiàn)算法與特點(diǎn)4.1實(shí)現(xiàn)算法基于零件動態(tài)工藝模型的調(diào)度控制算法是在零件動態(tài)工藝模型的基礎(chǔ)上結(jié)合啟發(fā)式動態(tài)調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)的,其過程Step1:搜索零件鄰接表,把無前繼節(jié)點(diǎn)的工序節(jié)點(diǎn)加入可調(diào)度工序集合中。Step2:在可調(diào)度工序集合中動態(tài)選擇一工序。Step3:搜索出該工序節(jié)點(diǎn)的后續(xù)節(jié)點(diǎn)。a.刪除這些后續(xù)工序節(jié)點(diǎn)中對應(yīng)所選擇的加工工序的前繼工序節(jié)點(diǎn);b.在可調(diào)度工序集合中刪除所選擇的工序節(jié)點(diǎn);c.判斷這些后續(xù)工序節(jié)點(diǎn)是否有前繼節(jié)點(diǎn),把無前繼節(jié)點(diǎn)的工序節(jié)點(diǎn)加入可調(diào)度工序集合中。Step4:判斷可調(diào)度工序集合中的元素個數(shù):若為零,則該零件加工完成,轉(zhuǎn)Step5;否則轉(zhuǎn)Step2。Step5:發(fā)出該零件加工完成指令。4.2零件動態(tài)工藝模型的特點(diǎn)(1)易于實(shí)現(xiàn)。在CAPP階段只根據(jù)零件工藝特征及生產(chǎn)系統(tǒng)資源產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)這些特征的加工工序節(jié)點(diǎn)或可替代工序節(jié)點(diǎn),以及工序之間的約束關(guān)系,而不需要直接產(chǎn)生確定的加工工藝方案以及對這些方案的評價(jià);(2)合理描述了零件的工藝過程,去掉了人為的不合理的加工順序約束,并增加了對FMS中經(jīng)常存在的可替代加工工序的描述;(3)充分考慮了FMS生產(chǎn)的特點(diǎn),易于與生產(chǎn)調(diào)度控制系統(tǒng)集成;(4)能充分發(fā)揮FMS生產(chǎn)調(diào)度的柔性,并且不會顯著增加調(diào)度控制的工作量與難度,為FMS的優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)



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