柔性制造系统刀具流动态调度研究.pdf

柔性制造系统刀具流动态调度研究 摘 要 刀具流调度是柔性制造系统(FMS)调度的重要组成部分，FMS的生产效率和 系统柔性在很大程度上取决于刀具流的合理规划。当前刀具流的调度理论与算法还十 分有限，实际运行中的刀具流自动化水平也较低，这种现状已经在较大程度上影响了 FMS生产能力的进一步发挥，因此，为了提高系统的总体加工性能和充分发挥FMS 本身的柔性，进行更深入的刀具流调度研究具有重要的理论价值和实际意义。 本文以FMS中刀具流调度为研究对象，分析了刀具流动态调度研究的必要性， 回顾了刀具流调度理论的研究现状，研究了FMS生产中工序备刀与工步备刀两种情 况下的刀具流调度问题，并对刀具流调度过程中的死锁检测和死锁避免等关键技术问 题进行了深入分析。 首先，结合面向对象技术和Petri网理论分别为FM$生产中的工序备刀情况和工 步备刀情况建立了调度仿真模型。该模型不仅包括了工件流，同时还重点考虑了刀具 流进程，并将机床故障与刀具失效作为一个组成部分包括进来，从而准确方便地描述 了考虑刀具流的FMS运行各个环节，为后续的刀具流启发式调度研究奠定了基础。 其次，在以往工序备刀前提下的刀具流无死锁调度工作基础上，进一步将刀具寿 命考虑进来，从而丰富和完善了现有刀具流相关调度理论与技术。采用图论方法建立 了扩展的刀具申请分配图，并将其和刀具流死锁联系起来，从图论角度深刻揭示了刀 具流死锁本质。在扩展的刀具申请分配图基础上，建立了刀具流死锁判定定理和非死 锁图的性质定理。提出了两层死锁避免策略，分别用于机床选工序和刀具分派两模块 的死锁控制，实例分析表明了该策略的合理性和可行性。 在刀具分派决策中充分考虑了刀具流对工件流效率的影响，提出了目标机床当前 加工完成时间最早规则。实验结果表明该规则能够有效地减少机床的刀具等待时间， 提高了系统的生产效率。将两层死锁避免策略与调度规则相结合，最终建立了工序备 刀下的刀具流无死锁启发式调度算法，并给出了刀具失效的处理策略，仿真结果表明 ‘ 了该算法的有效性。 在完成了工序备刀下的刀具流研究之后，基于图论方法深入研究了工步备刀前提 下刀具流的无死锁调度问题。建立了刀具流状态演变模型，给出了刀具流死锁状态及 无死锁不安全状态的定义。构建了刀具资源分派图并提出了机床死锁的概念，将机床 死锁与刀具流的无死锁不安全状态有机联系起来，设计了一种刀具流无死锁不安全状 态检测算法，并在此基础上进一步给出了刀具流的死锁避免方法。实例表明该方法能 够简单有效地避免死锁的产生。 在刀具分派决策研究中提出了虚拟机床队列思想，并将其与死锁避免方法相结 合，最终构建了工步备刀下的刀具流无死锁启发式调度算法，并对调度过程中的刀具 哈尔溟T稗大学博十学何论文 失效给出了相应的处理策略，解决了工步备刀下的刀具流死锁避免和刀具实时分派问 题。 在完成了工步备刀下的刀具流无死锁启发式调度研究之后，进一步从全局优化角 度分析了刀具流调度问题。以系统完工时间最少为优化目标，建立了工件流和刀具流 综合调度数学模型。提出了一种双重遗传算法对优化模型进行求解：外层遗传算法用 于求解可行工序加工序列；内层遗传算法用于最优可行刀具分派方案的有哪些信誉好的足球投注网站。实例分 析表明了双重遗传算法的有效性和可行性。为使调度系统能够有效处理机床故障和刀 具破损等突发事件的再调度问题，进一步给出了一类基于双重遗传算法的准静态优化 再调度方法。 最后，建立了各类算法的仿真调度程序，对各算法下系统的性能指标进行了比较 和综合评价，仿真分析结果表明所建立的工序备刀下的启发式调度算法和工步备刀下 的启发式调度算法及优化调度算法是可行而有效的。这些调度理论与算法的提出为 FMS的设计和运行提供了依据，为实际生产中FMS性能的充分发挥奠定了基础。 关键词：柔性制造系统；刀具流；死锁检测；死锁避免；双重遗传算法 柔性制造系统刀具流动态调度研究 Abstract Productionand ofFlexible efficiencysystemflexibility Manufactur