1、2:06:18 下午第五章 自動(dòng)化制造系統(tǒng)各分系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在自動(dòng)化制造系統(tǒng)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，以高柔性的自動(dòng)化制造系統(tǒng) (即柔性制造系統(tǒng))為例，討論各主要分系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。2:06:18 下午第一節(jié) 加工設(shè)備的選擇第二節(jié) 工件儲(chǔ)運(yùn)及管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)第三節(jié) 刀具儲(chǔ)運(yùn)及管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)第四節(jié) 作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)第五節(jié)檢測(cè)與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)2:06:18 下午第一節(jié) 加工設(shè)備選擇 合理地選擇加工設(shè)備，可以使企業(yè)在滿足使用要求的前提下，減少購(gòu)買投資、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用，滿足加工要求以及提高設(shè)備的利用率。通?？梢园凑占庸ぴO(shè)備選擇的內(nèi)容與原則進(jìn)行技術(shù)可行性分析，進(jìn)一步地可以把加工設(shè)備選擇作為一個(gè)綜

2、合決策問題，通過分析與建模，對(duì)其進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。 2:06:18 下午一、自動(dòng)化制造系統(tǒng)對(duì)加工設(shè)備的要求 (一)工序集中 工序集中是自動(dòng)化制造系統(tǒng)中加工設(shè)備最重要的特點(diǎn)之一。 由于柔性制造系統(tǒng)是高度自動(dòng)化的制造系統(tǒng)，價(jià)格昂貴，因此 要求加工工位的數(shù)目應(yīng)盡量少，并能接近滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn).(二)質(zhì)量 在選擇設(shè)備時(shí)所涉及的質(zhì)量是一種廣義的質(zhì)量，包括： 所制造的產(chǎn)品滿足用戶期望值的程度。 滿足設(shè)備使用者對(duì)設(shè)備功能的基本要求。2:06:18 下午(三)生產(chǎn)率生產(chǎn)率是根據(jù)自動(dòng)化制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)量、利潤(rùn)和市場(chǎng)等因素決定的。高的生產(chǎn)率一般都會(huì)使生產(chǎn)成本降低，但有時(shí)也會(huì)使產(chǎn)品質(zhì)量下降，甚至使系統(tǒng)的柔性降低。(四)柔性

3、 如果環(huán)境條件的變化不頻繁，則會(huì)過高的柔性造成浪費(fèi)。(五)成本在滿足其它要求的前提下，應(yīng)按成本最低的原則選擇設(shè)備。在考慮成本問題時(shí)，不僅要考慮設(shè)備的購(gòu)置成本，也需綜合考慮運(yùn)行、維護(hù)、培訓(xùn)等方面的成本。 (六)易控制性 要能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)度、資源共享、提高效率，就必須在各機(jī)床之間建立必要的接口和標(biāo)準(zhǔn)，以便準(zhǔn)確及時(shí)地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊與交換，使整個(gè)系統(tǒng)能協(xié)調(diào)地工作。 2:06:18 下午二、選擇加工設(shè)備的內(nèi)容和原則 自動(dòng)化制造系統(tǒng)的加工設(shè)備通常為數(shù)控機(jī)床，重點(diǎn)討論數(shù)控機(jī)床選擇的內(nèi)容與原則。 (一)選擇加工設(shè)備的類型 加工設(shè)備的類型通常在總體設(shè)計(jì)中確定，主要考慮解決生產(chǎn)“瓶頸”的需要，被加工對(duì)象的加工工藝，設(shè)

4、備的最佳加工對(duì)象和范圍、生產(chǎn)率、價(jià)格、機(jī)床配置形式等多種影響因素。 (二)選擇加工設(shè)備的規(guī)格 數(shù)控機(jī)床最主要的規(guī)格為工作臺(tái)尺寸與承載能力，工件的最大回轉(zhuǎn)和加工直徑，行程范圍和主軸電動(dòng)機(jī)功率等，主要根據(jù)選定零件族的典型零件或零件尺寸范圍進(jìn)行選擇。 2:06:18 下午1)工作臺(tái) 一般應(yīng)選擇比典型零件稍大一些的工作臺(tái)面，以便留出安裝夾具所需的空間，同時(shí)工件小于工作臺(tái)時(shí)，一般不會(huì)發(fā)生工件與機(jī)床換刀空間干涉及其在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)與護(hù)罩件干涉等問題。2)三個(gè)直線坐標(biāo)的行程范圍 加工中心的工作臺(tái)面尺寸和三個(gè)直線坐標(biāo)行程都有一定的比例關(guān)系。 3)主軸電動(dòng)機(jī)功率與轉(zhuǎn)矩 根據(jù)典型零件毛坯余量的大小，所要求的切削力，

5、要求達(dá)到的加工精度，能配置什么樣的刀具等因素綜合考慮。4)轉(zhuǎn)速范圍 當(dāng)需要高速切削或超低速切削時(shí)，還應(yīng)關(guān)注主軸的轉(zhuǎn)速范圍是否滿足要求。 2:06:18 下午5)最大工件直徑 對(duì)于回轉(zhuǎn)類零件，應(yīng)考慮最大直徑和長(zhǎng)度，通常受到主軸孔徑、床身長(zhǎng)度、床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑和最大加工直徑的限制。 6)其它技術(shù)參數(shù) 包括切削進(jìn)給速度、數(shù)控軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)等均應(yīng)滿足典型工件加工要求。但增加坐標(biāo)數(shù)，機(jī)床的價(jià)格會(huì)大幅度增加。(三)選擇加工設(shè)備的精度 機(jī)床的精度等級(jí)主要根據(jù)典型零件關(guān)鍵部位加工精度的要求來確定，以加工中心為例，應(yīng)考慮以下問題。 2:06:18 下午1)定位精度與重復(fù)定位精度 定位精度與重復(fù)定位精度是最

6、主要的指標(biāo)，它們綜合反映了各運(yùn)動(dòng)零部件的綜合精度。2)銑圓精度 3)其它精度指標(biāo) 根據(jù)實(shí)際需要還應(yīng)考慮其它精度指標(biāo)。 4)應(yīng)注意有關(guān)驗(yàn)收的問題 應(yīng)注意驗(yàn)收采用的標(biāo)準(zhǔn)，不同標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)定方法測(cè)出的精度數(shù)值不同，其允差指標(biāo)也就不同5)工步間(在線)檢測(cè)裝置 2:06:18 下午(四)選擇數(shù)控系統(tǒng) 選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)應(yīng)遵循以下原則： 1)選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)考慮與外部支持軟件相適應(yīng) 2)根據(jù)數(shù)控機(jī)床的使用指標(biāo)選擇數(shù)控系統(tǒng) 在可供選擇的數(shù)控系統(tǒng)中，它們的性能高低差別很大。應(yīng)根據(jù)需要選擇，不能片面追求高指標(biāo)，以免造成浪費(fèi)。 3)根據(jù)性能要求選擇數(shù)控系統(tǒng)功能 4)同一個(gè)自動(dòng)化制造系統(tǒng)中各臺(tái)加工設(shè)備的控制系統(tǒng)盡可能一致，

7、以方便使用與維護(hù)。 2:06:18 下午(五)選擇刀具型式、自動(dòng)換刀裝置及機(jī)床刀庫(kù) 1)盡量選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和可靠性高的自動(dòng)換刀裝置（ATC），選擇ATC主要考慮的是換刀時(shí)間與故障率。2)機(jī)床刀庫(kù)的容量以滿足一個(gè)獨(dú)立的復(fù)雜加工程序?qū)Φ毒叩男枰獮樵瓌t。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)；立式加工中心上選用20把左右刀具容量的刀庫(kù)，在臥式加工中心上選用40把左右刀具容量的刀庫(kù)基本上能滿足需要。3)選用刀具預(yù)調(diào)儀 4)慎重選擇刀柄、刀具及附件 2:06:18 下午(六)選擇特殊訂貨項(xiàng)目 選擇時(shí)應(yīng)注意以下問題： 1)注意配套性 如果價(jià)格不高，對(duì)使用帶來很多方便的，也應(yīng)盡量選用。2)自動(dòng)交換工作臺(tái)選擇 是否選擇自動(dòng)交換工作臺(tái)主要

8、取決于該機(jī)床是否進(jìn)入自動(dòng)物 料流系統(tǒng)。3)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的聯(lián)動(dòng) 通常臥式加工中心均配置數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，以便在一次裝卡下就能進(jìn)行多面加工。4)在不同機(jī)床上通用的附件，應(yīng)從全局的角度考慮，以實(shí)用、經(jīng)濟(jì)為目的。 2:06:18 下午(七)技術(shù)服務(wù) 通常應(yīng)考慮如下問題： 1)一定期限的免費(fèi)保修。 2)供貨方應(yīng)能提供長(zhǎng)期迅速的維修服務(wù)，最好就近有培訓(xùn)和售后服務(wù)點(diǎn)。 3)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行程序編制人員和操作人員的操作培訓(xùn)以及機(jī)械和電氣維修人員的保養(yǎng)與維修培訓(xùn)。 4)在供貸方培訓(xùn)中心對(duì)程序編制人員、操作人員、維修人員進(jìn)一步的技術(shù)培訓(xùn)。 5)供貸方協(xié)助對(duì)典型工件作工藝分析，進(jìn)行加工可行性工藝試驗(yàn)以及承擔(dān)成套技術(shù)服務(wù)，包括

9、工藝裝備設(shè)計(jì)、程序編制、安裝調(diào)試、試切工件，直至全面投入生產(chǎn)。 2:06:18 下午第二節(jié) 工件儲(chǔ)運(yùn)及管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 自動(dòng)化制造系統(tǒng)，特別是柔性制造系統(tǒng)的工件儲(chǔ)運(yùn)及管理系統(tǒng)對(duì)制造系統(tǒng)的生產(chǎn)效率、復(fù)雜程度、投資大小、系統(tǒng)運(yùn)行可靠性等影響很大，方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行多方案分析論證。下面討論其中的幾個(gè)主要問題。 2:06:18 下午(一)輸送型式選擇 選擇輸送型式時(shí)主要考慮自動(dòng)化制造系統(tǒng)的規(guī)模、輸送功能的柔性、易控制性和投資等因素。 直線型一般適用于小型的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。直線型和環(huán)型輸送方式的柔性是有限的，輸送柔性最大的是網(wǎng)型和樹型，但它們的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。 從已運(yùn)行的自動(dòng)化制造系統(tǒng)如柔性制造系統(tǒng)FM

10、S來看，環(huán)型輸送型式應(yīng)用最多，其次是直線型。從發(fā)展情況看，隨著各種自動(dòng)導(dǎo)向車的研制和應(yīng)用，網(wǎng)型和樹型的應(yīng)用會(huì)逐漸增多，特別適合于中、小批量多品種生產(chǎn)的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。 2:06:18 下午(二)工件輸送設(shè)備的選擇 幾種常用工件輸送設(shè)備的適用范圍見表52。 除了表中所列的設(shè)備外，搬運(yùn)機(jī)器人常用于轉(zhuǎn)運(yùn)工件及輸送回轉(zhuǎn)體工件和刀具。同時(shí)由于搬運(yùn)機(jī)器人工作的靈活性強(qiáng)，具有視覺和觸覺能力，以及工作精度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，近年來在自動(dòng)化制造系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣。 值得指出的是，近年來自動(dòng)導(dǎo)向小車(AGV)開始廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化制造系統(tǒng)的實(shí)際工作，它具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)： 2:06:18 下午1)較高的柔性 很容易

11、改變、修正和擴(kuò)充AGV的移動(dòng)路線。 2)實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制 控制計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)地對(duì)AGV進(jìn)行監(jiān)視與控制。當(dāng)作業(yè)計(jì)劃改變時(shí)，可以很方便地重新安排小車路線或?yàn)榫o急需要服務(wù)。 3)安全可靠AGV通常由微處理器控制， 能與控制器通訊，防止碰撞，能低速運(yùn)行，定位精度高，具有安全保護(hù)裝置等。 4)維護(hù)方便。 2:06:18 下午選用AGV時(shí)主要考慮以下指標(biāo)：外形尺寸(一般長(zhǎng)度從7502500mm，寬450150 mm，高550650 mm)；載重量(502000kg，選擇載重量時(shí)除了工件重量外還應(yīng)考慮托盤和夾具的重量)；運(yùn)行速度(1070m/min)；轉(zhuǎn)彎半徑；蓄電池的電壓以及每?jī)纱纬潆娭g的平均壽命；安全設(shè)

12、備是否有安全杠、警報(bào)揚(yáng)聲器及警告燈。全速行駛時(shí)的緊急剎車距離；載物平臺(tái)的結(jié)構(gòu)；控制方式；定位方式；兼容的控制計(jì)算機(jī)類型。 2:06:18 下午(一)倉(cāng)庫(kù)形式的選擇 自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)一般分為立體庫(kù)和平面庫(kù)兩類。除了大型工件往往采用平面庫(kù)外，一般工件常用立體庫(kù)。 平面庫(kù)是在車間輸送平面內(nèi)的布局形式，通常有直線型和環(huán)型兩種。 立體倉(cāng)庫(kù)由存放貨架、自動(dòng)存取的搬運(yùn)設(shè)備和輸入輸出站組成。所使用的自動(dòng)存取搬運(yùn)設(shè)備為堆垛式起重機(jī)。2:06:18 下午(二)立體倉(cāng)庫(kù)布局形式的選擇 立體倉(cāng)庫(kù)布局形式的選擇主要與倉(cāng)庫(kù)的存儲(chǔ)數(shù)量、進(jìn)出庫(kù)頻率、系統(tǒng)的總體布局、外部設(shè)備以及存放物料的規(guī)格等有關(guān)。 立體倉(cāng)庫(kù)的幾種布局形式及適用范

13、圍見圖52。 三、工件儲(chǔ)運(yùn)管理系統(tǒng)功能 自動(dòng)化制造系統(tǒng)的工件儲(chǔ)運(yùn)管理系統(tǒng)的功能主要包括：對(duì)工件物流系統(tǒng)各部分的控制，控制信息的處理和對(duì)AGV及自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的管理。作為管理系統(tǒng)，應(yīng)具備信息存貯和處理等方面的功能，如與上層的信息交換，數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)、統(tǒng)計(jì)、查詢及報(bào)表處理的功能等。2:06:18 下午(一)物流系統(tǒng)的控制 一般來說，工件物流系統(tǒng)由自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、物料識(shí)別裝置、物料運(yùn)輸系統(tǒng)和上下料站組成。其中主要部分是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)和運(yùn)輸系統(tǒng)，它們通常由專業(yè)廠提供。相應(yīng)的控制裝置不需用戶設(shè)計(jì)，用戶只需通過通信接口，對(duì)其動(dòng)作進(jìn)行控制并接收反饋信息。 物流系統(tǒng)的控制功能體系如圖53所示。2:06:18 下午圖5-3

14、物料系統(tǒng)控制功能物料系統(tǒng)控 制功能自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)控制物料識(shí)別控制物料運(yùn)輸系統(tǒng)上下料站控制入庫(kù)的處理出庫(kù)的處理與AGV交換零件堆垛起重機(jī)控制報(bào)警處理接受的工作緩沖的位置傳送的工作方向控制伺服運(yùn)轉(zhuǎn)控制檢測(cè)控制裝卸工件控制安全控制充電控制物料進(jìn)入控制物料取出控制故障檢測(cè)及控制2:06:18 下午(二)AGV的管理 AGV系統(tǒng)管理的目的，就是確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行，最大限度地提高物料通過量，使系統(tǒng)生產(chǎn)效率達(dá)到最高水平。 1)交通管制 在多車系統(tǒng)中，為了避免車輛之間的碰撞，系統(tǒng)必須具備交通管制功能。當(dāng)前最廣泛流行的AGV交通管制采用區(qū)間控制法。2)車輛調(diào)度 車輛調(diào)度的目的就是使AGV系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最大物料通過量的目標(biāo)。

15、3)系統(tǒng)監(jiān)控 為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，避免因故障等原因造成損壞，需對(duì)AGV系 統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。目前實(shí)現(xiàn)監(jiān)視可有兩個(gè)途徑：定位器面板和工業(yè)攝像機(jī)。 2:06:18 下午(三)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的管理 自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的管理除了實(shí)現(xiàn)控制功能以及有關(guān)信息的輸入與預(yù)處理外，還應(yīng)具備下列主要功能： 1帳目管理 2庫(kù)存管理 為了滿足生產(chǎn)的需要，倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存貨物應(yīng)有一定的數(shù)量，庫(kù)存量太多，會(huì) 造成資金積壓及管理費(fèi)用增加；庫(kù)存量太少，則會(huì)影響正常生產(chǎn)。2:06:18 下午3貨位管理 貨位管理是計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的一個(gè)重要功能。出、入庫(kù)的貨位應(yīng)按照一 定的原則來分配。貨物的存放方式有： 1)定貨位存放方式 2)自由貨位存放方式 出庫(kù)原則

16、是人先出，先出零散，盡量騰出貨位。 除遵循上述原則外，還與工藝要求密切相關(guān)。 2:06:18 下午3)劃分區(qū)域隨機(jī)存放方式 對(duì)于品種較多或每個(gè)品種要求存放貨物規(guī)格大小不同時(shí)可 用這種方式。這是前面兩種存放方式混合應(yīng)用。 4)信息跟蹤的數(shù)據(jù)管理 由于同一物品在原料、半成品、成品狀態(tài)有不同的要求，應(yīng) 按不同品種處理。 2:06:18 下午第三節(jié) 刀具儲(chǔ)運(yùn)及管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 刀具自動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)及管理系統(tǒng)是自動(dòng)化制造系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部份。 通過對(duì)各種自動(dòng)化制造系統(tǒng)的分析，人們發(fā)現(xiàn)刀具系統(tǒng)的投資和可靠性應(yīng)是應(yīng)充分考慮的兩個(gè)因素。 在典型的加工系統(tǒng)中，安裝刀具、更換刀具和裝夾工件的非生產(chǎn)性時(shí)間通常大于實(shí)際切削

17、時(shí)間。因此最優(yōu)管理自動(dòng)化制造系統(tǒng)中的刀具對(duì)提高系統(tǒng)總體效率起著不可忽視的重要作用。 2:06:18 下午一、刀具儲(chǔ)存策略有兩種主流形式： 一、是只在機(jī)床上配置一定容量的刀庫(kù)，這種配置形式的缺點(diǎn)是每臺(tái)機(jī)床的刀庫(kù)存刀容量有限，當(dāng)自動(dòng)化制造系統(tǒng)加工的工件種類增加時(shí)，加工機(jī)床經(jīng)常不得不停下來更換刀具，因而不能有效并長(zhǎng)時(shí)間地連續(xù)生產(chǎn)。 二、是除了機(jī)床刀庫(kù)外設(shè)置獨(dú)立的中央刀庫(kù)，采用換刀機(jī)器人或刀具輸送系統(tǒng)(有時(shí)，刀具輸送、工件輸送和工具輸送可以共用一套輸送系統(tǒng))。為若干臺(tái)加工機(jī)床進(jìn)行刀具交換服務(wù)。采用這種形式的設(shè)計(jì)，中央刀庫(kù)容量可以增大。2:06:18 下午二、刀具管理系統(tǒng)構(gòu)成 (一)刀具管理系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)

18、成 一個(gè)典型的、具有自動(dòng)刀具供給系統(tǒng)的刀具管理系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成如圖58所示。它由刀具準(zhǔn)備車間(室)、刀具供給系統(tǒng)和刀具輸送系統(tǒng)等三部分組成。 刀具準(zhǔn)備車間(室)：包括存放暫時(shí)不用的刀具、刀柄及附件的部件庫(kù)、條形碼打印機(jī)、刀具裝卸站、刀具刃磨設(shè)備、刀具頸調(diào)儀等。 刀具供給系統(tǒng)：包括條形碼閱讀器、刀具進(jìn)出站和中央刀庫(kù)等部分。 刀具運(yùn)輸系統(tǒng)：包括裝卸刀具機(jī)械手、傳送鏈(或運(yùn)送小車)等刀具輸送裝置。 2:06:18 下午(二)刀具管理系統(tǒng)的功能構(gòu)成 刀具管理系統(tǒng)的功能可分為四個(gè)部分，如圖59所示。 (三)刀具管理系統(tǒng)軟件構(gòu)成 刀具管理系統(tǒng)軟件構(gòu)成如圖510所示，它主要描述軟件模塊的組成及與外部軟件的關(guān)系

19、。 2:06:18 下午圖刀具管理系統(tǒng)功能構(gòu)成刀具信息管理刀具計(jì)劃管理在線刀具靜態(tài)管理在線刀具動(dòng)態(tài)管理刀具數(shù)據(jù)庫(kù)刀具初始化統(tǒng)計(jì)報(bào)表刀具需求計(jì)劃刀具采購(gòu)計(jì)劃刀具準(zhǔn)備計(jì)劃刀具下線計(jì)劃刀具進(jìn)出線管理機(jī)床刀庫(kù)配置刀具狀態(tài)管理刀具壽命管理刀具實(shí)時(shí)調(diào)度刀具實(shí)時(shí)監(jiān)控緊急情況處理刀具管理系統(tǒng)功能2:06:18 下午圖刀具管理系統(tǒng)軟件構(gòu)成條形碼閱讀機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊刀具信息管理模塊刀具準(zhǔn)備管理模塊在線刀具靜態(tài)管理模塊在線刀具動(dòng)態(tài)管理模塊數(shù)據(jù)庫(kù)刀具管理系統(tǒng)刀具預(yù)調(diào)數(shù)據(jù)采集模塊CAPP采購(gòu)管理系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)機(jī)床控制器刀具輸送檢測(cè)模塊2:06:18 下午三、刀具管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) (一)刀具信息管理 1刀具信息 刀具

20、信息主要有以下幾類： 1)刀具編碼信息 2)刀具基本屬性 3)刀具組件結(jié)構(gòu)參數(shù) 4)刀具切削參數(shù)5)刀具補(bǔ)償信息 這是由刀具預(yù)調(diào)儀在預(yù)調(diào)后產(chǎn)生的刀具補(bǔ)償信息. 6)刀具實(shí)時(shí)位置信息7)刀具實(shí)時(shí)狀態(tài)信息 2:06:18 下午2刀具信息管理功能 (1)刀具數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù) 1)數(shù)據(jù)庫(kù)權(quán)限管理。 2)數(shù)據(jù)庫(kù)備份。 3)數(shù)據(jù)庫(kù)修改。 4)數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)。 (2)刀具初始化(3)刀具預(yù)調(diào)數(shù)據(jù)采集與處理 (4)統(tǒng)計(jì)、查詢、報(bào)表生成 2:06:18 下午(二)刀具計(jì)劃管理 刀具計(jì)劃管理的目的是保證刀具的正常供應(yīng)。 1刀具需求計(jì)劃 2刀具采購(gòu)計(jì)劃 刀具采購(gòu)需求計(jì)劃主要包括： 1)現(xiàn)有刀具的壽命將到期，且已列入刀具需求計(jì)

21、劃的刀具，作出采購(gòu)安排。 2)因刀具破損需補(bǔ)充。 3)列入近期需求計(jì)劃的刀具缺件。 3刀具準(zhǔn)備計(jì)劃 4刀具下線計(jì)劃 2:06:18 下午(三)在線刀具靜態(tài)管理 1刀具進(jìn)出線管理 2機(jī)床刀庫(kù)配置 3刀具狀態(tài)管理 4刀具壽命管理 2:06:18 下午(四)在線刀具動(dòng)態(tài)管理 1刀具實(shí)時(shí)調(diào)度 在加工作業(yè)計(jì)劃中插入臨時(shí)性作業(yè)時(shí)，要求同時(shí)提出加工該零件所需的刀具，完成加：過程中刀具信息的功能處理。 2刀具實(shí)時(shí)監(jiān)控 主要有刀具破損監(jiān)控、磨損監(jiān)控和刀具壽命監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)刀具壽命監(jiān)控的必要條件 CNC系統(tǒng)應(yīng)具有刀具使用時(shí)間累計(jì)的功能，并作為刀具數(shù)據(jù)記錄中的一項(xiàng)。 3緊急情況處理 保證機(jī)床在出現(xiàn)刀具破損等突發(fā)事件時(shí)，

22、能最快地恢復(fù)正常加工。 2:06:18 下午 20世紀(jì)初，調(diào)度問題在制造業(yè)得到了重視。調(diào)度理論研究的開始于Johnson，目前共有20000多篇關(guān)于調(diào)度問題的文獻(xiàn)發(fā)表，其中包括Muth、王凌等九篇專著。近20年來，關(guān)于遺傳算法、模擬退火算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模糊數(shù)學(xué)、學(xué)習(xí)推理等方面的研究十分活躍，已成為理論與應(yīng)用研究的熱點(diǎn)之一，它們被稱為計(jì)算智能技術(shù)。(Computational Intelligence, CI )。本課題研究的算法涉及上述多種計(jì)算方法。不同于人工智能(Artificial Intelligence, AI )，計(jì)算智能依賴于數(shù)值而不是知識(shí)，正是由于使用了計(jì)算智能技術(shù)才使機(jī)器智

23、商(Machine Intelligence Quotient, MIQ)成為可能。第四節(jié) 作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)2:06:18 下午車間調(diào)度數(shù)學(xué)模型建立基于遺傳算法的靜態(tài)作業(yè)車間調(diào)度研究 大規(guī)模動(dòng)態(tài)作業(yè)車間調(diào)度的研究應(yīng)用實(shí)例與分析2:06:18 下午一、車間調(diào)度建模 車間調(diào)度問題的研究主要集中在建模和算法設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。本節(jié)主要研究了調(diào)度復(fù)雜性、有關(guān)調(diào)度建模中的調(diào)度問題數(shù)學(xué)描述、調(diào)度算法中用到的調(diào)度規(guī)則與調(diào)度指標(biāo)等基本理論。為后續(xù)基于遺傳算法和混合啟發(fā)式算法的作業(yè)車間調(diào)度問題的建模和算法設(shè)計(jì)作基礎(chǔ)。 2:06:18 下午（一）、調(diào)度的計(jì)算復(fù)雜性 算法對(duì)時(shí)間和空間的需求量稱為算法的時(shí)間復(fù)雜性和空

24、間復(fù)雜性。問題的時(shí)間復(fù)雜性是指求解該問題的所有算法中時(shí)間復(fù)雜性最小的算法的時(shí)間復(fù)雜性，問題的空間復(fù)雜性的定義與此相似。按照問題的難易程度，可將問題分為P類、NP類和NP完全類。 車間調(diào)度問題的復(fù)雜性可表示為問題規(guī)模為nm（n為工件數(shù)；m為加工設(shè)備數(shù)）的函數(shù)，對(duì)于10 10的調(diào)度問題，其解空間2.351092,用一臺(tái)每秒可執(zhí)行百萬次的計(jì)算機(jī)約需7.61078年才能找到最優(yōu)解。因此，用窮舉法來解決大規(guī)模的車間調(diào)度問題是不切合實(shí)際的。2:06:18 下午（二）、車間調(diào)度的數(shù)學(xué)描述（1）工件集P=P1,P2,.,Pn，其中Pi為第i個(gè)工件，i =1,2,.,n；（2）機(jī)器集M=ml,m2,.,mm，其

25、中mj為第j號(hào)機(jī)器,j =1,2, .,m；（3）工序序列集OP=op1,op2,.,opn,opi= opi1, opi2, .,opim為工件Pi的工序序列。OpIk為第i個(gè)工件在第k道工序使用的機(jī)器號(hào)。opik=0表示工件Pi在第k道工序不加工,k=1,2,.,m；（4）每個(gè)工件使用每臺(tái)機(jī)器的時(shí)間矩陣T，tijT為工件Pi使用機(jī)器mj的時(shí)間。當(dāng)tij=0時(shí)表示工件Pi不使用機(jī)器mj。 2:06:18 下午（5）某些組裝件Pi（i=1,2,t）在某個(gè)工序需 組合加工，即零件Pi1(i1=1,2,t)的第j1道工序與零件 Pi2(i2=1,2,t)的第j2道工序同在機(jī)器Mk上加工，且 ti1

26、j1= ti2j2（6）零件可以開始加工的最早開工時(shí)間為ri (i=1,2,N)。2:06:18 下午約束條件1優(yōu)先順序約束（三）、約束條件與動(dòng)態(tài)問題2:06:18 下午2加工約束條件某一時(shí)刻一臺(tái)設(shè)備只能加工一個(gè)零件同一零件在某時(shí)刻只能在一臺(tái)設(shè)備上加工；零件的工序一旦開工，必須完成；每個(gè)零件必須在上道工序完成后，才能進(jìn)入下道工序；允許零件在工序間等待，允許設(shè)備閑置；存在組合工序，即某零件的一工序與另一零件的某工序在某一時(shí)刻在同一設(shè)備上，同時(shí)開工、完工。 2:06:18 下午動(dòng)態(tài)問題：（1）設(shè)備狀態(tài) （2）急件插入、零件廢返 （3）工作日歷2:06:18 下午 本課題使用了EDD（交貨期最早）規(guī)

27、則、優(yōu)先權(quán)規(guī)則、利用率最低規(guī)則以及啟發(fā)式規(guī)則。（四）、車間調(diào)度規(guī)則與性能指標(biāo)2:06:18 下午二、基于遺傳算法的靜態(tài)作業(yè)車間調(diào)度研究 GA 是模擬達(dá)爾文的遺傳選擇和自然淘汰的生物進(jìn)化過程的計(jì)算模型,它是由美國(guó)Michigan大學(xué)的J . Holland 教授于1975 年首先提出的. 其主要特點(diǎn)是群體搜索策略和群體中個(gè)體之間的信息交換,搜索不依賴于梯度信息. 它尤其適用于傳統(tǒng)搜索方法難于解決的復(fù)雜和非線形問題,可廣泛用于組合優(yōu)化、機(jī)器學(xué)習(xí)、自適應(yīng)控制、規(guī)劃設(shè)計(jì)等領(lǐng)域,是21 世紀(jì)有關(guān)智能計(jì)算中的關(guān)鍵技術(shù)之一.（一）、遺傳算法（ Genetic Algorithm）簡(jiǎn)介2:06:18 下午（二

28、）、 作業(yè)車間調(diào)度問題的遺傳算法 定義為一個(gè)五元組GA=( C,F, PO,O,Par),式中C表示個(gè)體染色體的編碼方法；F表示個(gè)體的適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)；PO表示問題的初始解群；O表示一組基本的遺傳操作，包括選擇算子、交叉算子和變異算子；Par表示遺傳算法的參數(shù)，包括群體規(guī)模N、交叉概率PC和變異概率。 2:06:18 下午 對(duì)于大多數(shù)企業(yè)來講，工藝路線相對(duì)固定，因此在本課題中，采用了基于工序的編碼方式。該調(diào)度編碼為工序的序列，每個(gè)基因代表一道工序。 1.基因編碼2:06:18 下午 以完工時(shí)間最小和關(guān)鍵設(shè)備利用率最大為目標(biāo)的多目標(biāo)調(diào)度問題，其適應(yīng)度函數(shù)如下： f（x）w1a（x）w2b（x） 注

29、：該式表達(dá)目標(biāo)間的邏輯關(guān)系，在程序中需對(duì) a（x）、b（x）的量綱進(jìn)行統(tǒng)一。2.適應(yīng)度函數(shù)2:06:18 下午2:06:18 下午三、大規(guī)模動(dòng)態(tài)作業(yè)車間調(diào)度的研究 船舶柴油機(jī)的生產(chǎn)屬于大規(guī)模離散生產(chǎn)類型產(chǎn)品品種多，規(guī)格多變； 設(shè)備種類多，且加工范圍較廣；生產(chǎn)管理難度大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)；產(chǎn)品各部件之間的時(shí)序約束關(guān)系和成套性要求嚴(yán) 格，約束條件復(fù)雜多變； 存在各種動(dòng)態(tài)問題。 （一）、 船舶柴油機(jī)的生產(chǎn)特點(diǎn)2:06:18 下午（二）、作業(yè)計(jì)劃建模與算法設(shè)計(jì) 提出了分層網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的生產(chǎn)計(jì)劃模型，并且給出一種新的基于啟發(fā)式算法的作業(yè)調(diào)度算法。上述算法與模型為解決這類生產(chǎn)的生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度問題開辟了一條新的途徑。2:06:18 下午2:06:18 下午2:06:18 下午算法設(shè)計(jì)流程圖2:06:18 下午（三）、作業(yè)車間調(diào)度原型系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)總體邏輯框圖 2:06:18 下午計(jì)劃操作邏輯框圖 2:06:18 下午2:06:18