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

面向FMS生產(chǎn)調(diào)度和控制的零件動(dòng)態(tài)工藝模型研究來(lái)源：磁鐵 摘要：提出一種基于FMS生產(chǎn)調(diào)度與控制的零件動(dòng)態(tài)工藝模型。該模型由零件加工工序和各個(gè)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(dòng)態(tài)工藝模型中國(guó)圖書資料分類法分類號(hào)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(dòng)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(hào)；工序1，機(jī)床名加工時(shí)間；工序2，機(jī)床名加工時(shí)間；工序n，機(jī)床名 加工時(shí)間；END該方法的優(yōu)點(diǎn)是表達(dá)方式簡(jiǎn)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(duì)單機(jī)加工或JOBSHOP生產(chǎn)較合適。1.2多工藝方案與/或圖的表示方法1，2圖1為一個(gè)實(shí)例零件的與/或圖。用與/或圖 圖1實(shí)例零件的加工順序與/或圖 可以表示出零件加工順序的部分約束關(guān)系。通過(guò)對(duì)該圖按一定的啟發(fā)式搜索算法進(jìn)行搜索可得到多個(gè)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(méi)有考慮實(shí)際的動(dòng)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(guò)對(duì)有向圖的遍歷可得到多個(gè)工藝方案。 圖2實(shí)例零件工序結(jié)構(gòu)的有向圖表示 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(duì)FMS可替代加工工序無(wú)法表達(dá)，須對(duì)多個(gè)加工工藝方案進(jìn)行復(fù)雜的評(píng)價(jià)才有可能得到可行的加工方案。 2基于FMS的零件動(dòng)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(shí)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(duì)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(dòng)態(tài)工藝模型仍用有向圖表示(見(jiàn)圖3)，圖中節(jié)點(diǎn)表示零件的一個(gè)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(duì)應(yīng)的加工參數(shù)相聯(lián)系(如加工時(shí)間、刀具號(hào)、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(gè)有效的加工工藝路線。 圖3實(shí)例零件的動(dòng)態(tài)工藝模型 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(gè)可替代加工工序)，共有m個(gè)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(guò)對(duì)多工藝方案進(jìn)行評(píng)價(jià)后得到)，這使得CAPP系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜。這里提出的零件動(dòng)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(gè)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(dòng)態(tài)重組而成。這樣的零件描述相對(duì)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(huì)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(shí)間、機(jī)床負(fù)荷平衡率等)的提高創(chuàng)造了條件。 3零件動(dòng)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(hào)；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(yǔ)言表示)為class ProcedureInfo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)int Machine_No;機(jī)床號(hào)float Machining_Time;加工時(shí)間ProcedureInfo* Alternative ProcedureInfo;替代工序的加工信息；class Procedure工序節(jié)點(diǎn)類 public：Procedure();構(gòu)造函數(shù)Procedure(int);構(gòu)造函數(shù)Procedure();析構(gòu)函數(shù)int Procedure_No;工序號(hào)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用鄰接矩陣方法以圖3為例來(lái)說(shuō)明。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用鄰接表方法仍以圖3為例說(shuō)明。其鄰接表(見(jiàn)圖4)為 圖4實(shí)例零件的鄰接表形式 鄰接表中每個(gè)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(hào)。工序節(jié)點(diǎn)按工序號(hào)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(hào)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(dòng)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(dòng)態(tài)工藝模型的調(diào)度控制算法是在零件動(dòng)態(tài)工藝模型的基礎(chǔ)上結(jié)合啟發(fā)式動(dòng)態(tài)調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)的，其過(guò)程為Step 1：搜索零件鄰接表，把無(wú)前繼節(jié)點(diǎn)的工序節(jié)點(diǎn)加入可調(diào)度工序集合中。Step 2：在可調(diào)度工序集合中動(dòng)態(tài)選擇一工序。Step 3：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(duì)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(wú)前繼節(jié)點(diǎn)的工序節(jié)點(diǎn)加入可調(diào)度工序集合中。Step 4：判斷可調(diào)度工序集合中的元素個(gè)數(shù)：若為零，則該零件加工完成，轉(zhuǎn)Step 5；否則轉(zhuǎn)Step 2。Step 5：發(fā)出該零件加工完成指令。4.2零件動(dòng)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