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

面向FMS生產(chǎn)調(diào)度和控制的零件動態(tài)工藝模型研究來源：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，為FMS優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度的實現(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，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方法通常的CAPP系統(tǒng)只能設(shè)計出靜態(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，機床名加工時間；工序2，機床名加工時間；工序n，機床名 加工時間；END該方法的優(yōu)點是表達方式簡單明了，缺點是限制了加工的自由度及柔性，使得加工只能嚴格按給定的工藝順序進行，從而限制了柔性加工系統(tǒng)最優(yōu)指標的實現(xiàn)。該方法對單機加工或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為一個實例零件的與/或圖。用與/或圖 圖1實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。通過對該圖按一定的啟發(fā)式搜索算法進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為一實例。通過對有向圖的遍歷可得到多個工藝方案。 圖2實例零件工序結(jié)構(gòu)的有向圖表示 該方法直觀地表達了零件加工工序及工序之間的約束關(guān)系，可用圖論的方法進行描述與變換，但對FMS可替代加工工序無法表達，須對多個加工工藝方案進行復(fù)雜的評價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，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床加工完成，一旦確定好加工機床，則可完成該工序加工的其它候補工序即取消。為了增加零件工藝表達的靈活性，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(Head)到尾節(jié)點(End)的遍歷路徑都是一個有效的加工工藝路線。 圖3實例零件的動態(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個可替代加工工序)，共有m個節(jié)點(不計Head和End節(jié)點)，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行評價后得到)，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際加工中根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)及加工性能指標動態(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、機床負荷平衡率等)的提高創(chuàng)造了條件。 3零件動態(tài)工藝模型的計算機表示方法及數(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；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種實現(xiàn)方法，工序2有k2種實現(xiàn)方法，工序n有kn種實現(xiàn)方法。工序信息節(jié)點及可替代工序節(jié)點的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C+語言表示)為class ProcedureInfo工序信息節(jié)點類 public：ProcedureInfo():構(gòu)造函數(shù)ProcedureInfo(int,float,ProcedureInfo* AlternativeProcedureInfo=NULL)；ProcedureInfo();析構(gòu)函數(shù)int Machine_No;機床號float Machining_Time;加工時間ProcedureInfo* Alternative ProcedureInfo;替代工序的加工信息；class Procedure工序節(jié)點類 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ProcedureInfo*ThisProcedureInfo;當前工序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，工序之間的約束關(guān)系即為節(jié)點之間的關(guān)系，可用圖論方法進行描述。3.2.1用鄰接矩陣方法以圖3為例來說明。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為例說明。其鄰接表(見圖4)為 圖4實例零件的鄰接表形式 鄰接表中每個方框表示零件的一道工序(即工序節(jié)點)，方框內(nèi)的數(shù)字表示工序號。工序節(jié)點按工序號順序排放(第一列)，并用箭頭指向其相鄰的工序節(jié)點。相鄰的工序節(jié)點中節(jié)點號為正表示該節(jié)點為后續(xù)工序節(jié)點，為負表示該節(jié)點為前繼工序節(jié)點。鄰接表中工序節(jié)點的結(jié)構(gòu)與類Procedure相似。 4基于零件動態(tài)工藝模型的調(diào)度控制方法的實現(xiàn)算法與特點4.1實現(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)度算法實現(xiàn)的，其過程為Step 1：搜索零件鄰接表，把無前繼節(jié)點的工序節(jié)點加入可調(diào)度工序集合中。Step 2：在可調(diào)度工序集合中動態(tài)選擇一工序。Step 3：搜索出該工序節(jié)點的后續(xù)節(jié)點。a.刪除這些后續(xù)工序節(jié)點中對應(yīng)所選擇的加工工序的前繼工序節(jié)點；b.在可調(diào)度工序集合中刪除所選擇的工序節(jié)點；c.判斷這些后續(xù)工序節(jié)點是否有前繼節(jié) 點，把無前繼節(jié)點的工序節(jié)點加入可調(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。4.2零件動態(tài)工藝模型的特點(1)易于實現(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)生實現(xiàn)這些特征的加工工序節(jié)點或可替代工序節(jié)點，以及工序之間的約束關(guān)系，而不需要直接產(chǎn)生確定的