基于實(shí)際離散制造數(shù)據(jù)的單元化制造系統(tǒng)構(gòu)建.pdf

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1、第４期（總第２０３期）機(jī)械工程與自動(dòng)化Ｎｏ．４２０１７年８月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＡｕｇ．文章編號(hào)：１６７２６４１３（２０１７）０４００６４０２基于實(shí)際離散制造數(shù)據(jù)的單元化制造系統(tǒng)構(gòu)建任秀麗，楊建軍（北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，北京１００１９１）摘要：采用改進(jìn)的聚類(lèi)—遺傳算法聯(lián)合仿真建模分析解決某航空制造企業(yè)在構(gòu)建單元化制造系統(tǒng)過(guò)程中的零件、設(shè)備及工裝的單元化問(wèn)題以提高其敏捷性和快速重構(gòu)能力。對(duì)ＭＥＳ中的離散制造數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，以最小單元間交叉和平衡單元負(fù)荷為目標(biāo)，計(jì)

2、算零件、設(shè)備形成單元的分組結(jié)果，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。結(jié)合仿真結(jié)果及成組效率分析等評(píng)價(jià)指標(biāo)再次驗(yàn)證評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐智闆r，為解決實(shí)際離散性制造數(shù)據(jù)的單元構(gòu)建提供了一套完整的方法和建模分析，為推進(jìn)可重構(gòu)理論和單元化制造系統(tǒng)在實(shí)際中的應(yīng)用提供參考。關(guān)鍵詞：重構(gòu)；聚類(lèi)—遺傳算法；單元化；制造系統(tǒng)中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＰ３９１．７文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ０引言的情況。工業(yè)４．０以來(lái)各國(guó)制造業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，生（３）關(guān)鍵機(jī)床利用率偏高、機(jī)床使用情況不均衡。產(chǎn)模式逐漸向小批量離散生產(chǎn)方式的敏捷性與大批量（４）工藝路線(xiàn)較長(zhǎng)、工裝使用情況復(fù)雜。流水線(xiàn)生產(chǎn)方式的高效率相結(jié)合的混線(xiàn)

3、生產(chǎn)方式方向１．２改進(jìn)的聚類(lèi)算法發(fā)展。國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了很多先進(jìn)的制造模式，如敏聚類(lèi)分析法［７］以相似系數(shù)來(lái)描述零件之間的相似捷制造（ＡＭ）、生物制造（ＢＭ）［１］、全息制造（ＨＭ）［２］和程度，進(jìn)而以規(guī)定的統(tǒng)計(jì)量為判據(jù)將多種零件逐次聚可重構(gòu)制造（ＲＭ）［３］等。盡管概念略有不同，但本質(zhì)合形成零件族。為了更全面地考慮工裝因素在單元構(gòu)上都是尋求形成單元的解決辦法。建中的重要作用，本文將相似系數(shù)重新定義為：?jiǎn)卧圃欤郏矗菀悦艚葜圃鞛榛A(chǔ)，保留其在縮短犛犻犼＝犳１×犆犻犼／（犆犻犼＋犆犻＋犆犼）＋犳２×犜犻犼／（犜犻犼＋犜犻＋犜犼）．提前期

4、、減少在制品方面的優(yōu)勢(shì)，利用零件之間的相似其中：犛犻犼為零件Ｘ犻與Ｘ犼之間的相似系數(shù)；犳１為工藝性減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。單元構(gòu)建是構(gòu)造單元化制造系相似性所占比重；犳２為工裝相似性所占比重；犆犻犼為零統(tǒng)的非常重要的一步，它主要利用成組技術(shù)劃分零件件Ｘ犻與Ｘ犼之間共用的機(jī)床數(shù)；犆犻為零件Ｘ犻單獨(dú)使族以及機(jī)床組［５］。實(shí)現(xiàn)單元構(gòu)建主要有以下幾個(gè)方用的機(jī)床數(shù)；犆犼為零件Ｘ犼單獨(dú)使用的機(jī)床數(shù)；犜犻犼為零法：以零件生產(chǎn)工藝過(guò)程為劃分單元依據(jù)的生產(chǎn)流程件Ｘ犻與Ｘ犼之間共用的工裝數(shù)；犜犻為零件Ｘ犻單獨(dú)使分析法［６］、編碼分類(lèi)法、柔性分類(lèi)法等。用的工裝數(shù)；

5、犜犼為零件Ｘ犼單獨(dú)使用的工裝數(shù)。本文以離散性制造系統(tǒng)為研究背景，利用某航空在經(jīng)典的相似系數(shù)聚類(lèi)算法中，關(guān)聯(lián)矩陣表達(dá)的制造企業(yè)ＭＥＳ中的制造數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)分析、單信息不全面，導(dǎo)致最終的分組結(jié)果不理想。針對(duì)以上元?jiǎng)澐?、仿真建模研究，為?shí)現(xiàn)離散制造系統(tǒng)中制造資問(wèn)題對(duì)算法進(jìn)行如下改進(jìn)：源的邏輯性重構(gòu)提供基礎(chǔ)。（１）在按照相似系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)聚類(lèi)之后得到零件族，１改進(jìn)的聚類(lèi)—遺傳算法設(shè)計(jì)對(duì)各零件族所涉及使用的機(jī)床按照其利用率情況分為１．１離散制造數(shù)據(jù)的特點(diǎn)關(guān)鍵機(jī)床和非關(guān)鍵機(jī)床。在實(shí)際離散性制造系統(tǒng)中，制造數(shù)據(jù)復(fù)雜、成組性（２）考慮機(jī)床的實(shí)際數(shù)量，如

6、果零件族共用某類(lèi)低、離散度高，使單元的劃分變得尤為困難，對(duì)ＭＥＳ關(guān)鍵機(jī)床的數(shù)量大于實(shí)際機(jī)床的數(shù)量，則將相應(yīng)的零中的數(shù)據(jù)分析后得到其制造數(shù)據(jù)有如下特點(diǎn)：件族進(jìn)行一定程度的合并。（１）零件種類(lèi)繁多、完成加工的機(jī)床和工裝也相（３）在劃分機(jī)床組時(shí)按照先主后次的原則，優(yōu)先對(duì)較多?？紤]關(guān)鍵機(jī)床，再考慮非關(guān)鍵機(jī)床。（２）零件的工序數(shù)量多，包含很多外協(xié)工序，也存（４）將占用率極高的機(jī)床提前形成一個(gè)并行單在連續(xù)幾個(gè)工序都在同一機(jī)床上加工但使用工裝不同元，單元?jiǎng)澐纸Y(jié)束后再根據(jù)并行單元內(nèi)的實(shí)際情況進(jìn)收稿日期：２０１７０１０４；修訂日期：２０１７０５

7、０５作者簡(jiǎn)介：任秀麗（１９９０），女，吉林通化人，在讀碩士研究生，研究方向：智能制造。２０１７年第４期任秀麗，等：基于實(shí)際離散制造數(shù)據(jù)的單元化制造系統(tǒng)構(gòu)建·６５·行再次分配。最后，與其他算法的驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比，詳細(xì)結(jié)果信息１．３自適應(yīng)遺傳算法如表１所示［１０］。從表１來(lái)看，本文提出的算法的計(jì)算遺傳算法是在模擬達(dá)爾文進(jìn)化論的自然選擇和自結(jié)果無(wú)論與最優(yōu)解還是ＧＡ比較都相差甚少，故得出然遺傳學(xué)理論基礎(chǔ)上的一種隨機(jī)搜索和優(yōu)化方法。本本算法具有有效性和正確性的結(jié)論。文的自適應(yīng)遺傳算法參考ＭａｒｋＫＬ［８］的原理進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)，用聚類(lèi)算法的結(jié)果作為

8、初始解。１．４算法的驗(yàn)證為驗(yàn)證算法的有效性與準(zhǔn)確性，參考標(biāo)準(zhǔn)案例對(duì)算法進(jìn)行了驗(yàn)證，以成組效率犈犌、鍵能值α、單元密度犲１和單元交叉率犲２作為評(píng)價(jià)指標(biāo)與已知的算法進(jìn)行了對(duì)比分析。其中對(duì)Ｒａｊａｇｏｐａｌａｎ［９］提出的第一