柔性制造系統(tǒng)刀具流動態(tài)調(diào)度研究.pdf

1、刀具流調(diào)度是柔性制造系統(tǒng)(FMS)調(diào)度的重要組成部分,FMS的生產(chǎn)效率和系統(tǒng)柔性在很大程度上取決于刀具流的合理規(guī)劃。當前刀具流的調(diào)度理論與算法還十分有限,實際運行中的刀具流自動化水平也較低,這種現(xiàn)狀已經(jīng)在較大程度上影響了FMS生產(chǎn)能力的進一步發(fā)揮,因此,為了提高系統(tǒng)的總體加工性能和充分發(fā)揮FMS本身的柔性,進行更深入的刀具流調(diào)度研究具有重要的理論價值和實際意義。
　　 本文以FMS中刀具流調(diào)度為研究對象,分析了刀具流動態(tài)調(diào)度研究

2、的必要性,回顧了刀具流調(diào)度理論的研究現(xiàn)狀,研究了FMS生產(chǎn)中工序備刀與工步備刀兩種情況下的刀具流調(diào)度問題,并對刀具流調(diào)度過程中的死鎖檢測和死鎖避免等關(guān)鍵技術(shù)問題進行了深入分析。
　　 首先,結(jié)合面向?qū)ο蠹夹g(shù)和Petri網(wǎng)理論分別為FMS生產(chǎn)中的工序備刀情況和工步備刀情況建立了調(diào)度仿真模型。該模型不僅包括了工件流,同時還重點考慮了刀具流進程,并將機床故障與刀具失效作為一個組成部分包括進來,從而準確方便地描述了考慮刀具流的FMS運行

3、各個環(huán)節(jié),為后續(xù)的刀具流啟發(fā)式調(diào)度研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 其次,在以往工序備刀前提下的刀具流無死鎖調(diào)度工作基礎(chǔ)上,進一步將刀具壽命考慮進來,從而豐富和完善了現(xiàn)有刀具流相關(guān)調(diào)度理論與技術(shù)。采用圖論方法建立了擴展的刀具申請分配圖,并將其和刀具流死鎖聯(lián)系起來,從圖論角度深刻揭示了刀具流死鎖本質(zhì)。在擴展的刀具申請分配圖基礎(chǔ)上,建立了刀具流死鎖判定定理和非死鎖圖的性質(zhì)定理。提出了兩層死鎖避免策略,分別用于機床選工序和刀具分派兩模塊的死鎖控

4、制,實例分析表明了該策略的合理性和可行性。
　　 在刀具分派決策中充分考慮了刀具流對工件流效率的影響,提出了目標機床當前加工完成時間最早規(guī)則。實驗結(jié)果表明該規(guī)則能夠有效地減少機床的刀具等待時間,提高了系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。將兩層死鎖避免策略與調(diào)度規(guī)則相結(jié)合,最終建立了工序備刀下的刀具流無死鎖啟發(fā)式調(diào)度算法,并給出了刀具失效的處理策略,仿真結(jié)果表明了該算法的有效性。
　　 在完成了工序備刀下的刀具流研究之后,基于圖論方法深入研究

5、了工步備刀前提下刀具流的無死鎖調(diào)度問題。建立了刀具流狀態(tài)演變模型,給出了刀具流死鎖狀態(tài)及無死鎖不安全狀態(tài)的定義。構(gòu)建了刀具資源分派圖并提出了機床死鎖的概念,將機床死鎖與刀具流的無死鎖不安全狀態(tài)有機聯(lián)系起來,設(shè)計了一種刀具流無死鎖不安全狀態(tài)檢測算法,并在此基礎(chǔ)上進一步給出了刀具流的死鎖避免方法。實例表明該方法能夠簡單有效地避免死鎖的產(chǎn)生。
　　 在刀具分派決策研究中提出了虛擬機床隊列思想,并將其與死鎖避免方法相結(jié)合,最終構(gòu)建了工步

6、備刀下的刀具流無死鎖啟發(fā)式調(diào)度算法,并對調(diào)度過程中的刀具失效給出了相應(yīng)的處理策略,解決了工步備刀下的刀具流死鎖避免和刀具實時分派問題。
　　 在完成了工步備刀下的刀具流無死鎖啟發(fā)式調(diào)度研究之后,進一步從全局優(yōu)化角度分析了刀具流調(diào)度問題。以系統(tǒng)完工時間最少為優(yōu)化目標,建立了工件流和刀具流綜合調(diào)度數(shù)學(xué)模型。提出了一種雙重遺傳算法對優(yōu)化模型進行求解:外層遺傳算法用于求解可行工序加工序列;內(nèi)層遺傳算法用于最優(yōu)可行刀具分派方案的搜索。實例

7、分析表明了雙重遺傳算法的有效性和可行性。為使調(diào)度系統(tǒng)能夠有效處理機床故障和刀具破損等突發(fā)事件的再調(diào)度問題,進一步給出了一類基于雙重遺傳算法的準靜態(tài)優(yōu)化再調(diào)度方法。
　　 最后,建立了各類算法的仿真調(diào)度程序,對各算法下系統(tǒng)的性能指標進行了比較和綜合評價,仿真分析結(jié)果表明所建立的工序備刀下的啟發(fā)式調(diào)度算法和工步備刀下的啟發(fā)式調(diào)度算法及優(yōu)化調(diào)度算法是可行而有效的。這些調(diào)度理論與算法的提出為FMS的設(shè)計和運行提供了依據(jù),為實際生產(chǎn)中FM