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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
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* 注意：本文已經(jīng)在《中國機(jī)械工程》(1998,9(9):36～38)雜志發(fā)表使用者請(qǐng)注明文章內(nèi)容出處 趙天奇鄧建春童國帆李培根段正澄 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］
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為例來說明。
鄰接矩陣
因?qū)嶋H零件鄰接矩陣多為稀疏矩陣，也可
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