[发明专利]一种适合制造系统重构的机床布局设计方法

说明书

技术领域

本发明属于先进制造领域，特别是涉及一种适合制造系统重构的机床布局设计方法。

背景技术

随着全球化市场竞争加剧，制造企业面临着更大的产品种类和功能需求的压力。因此，以最低的成本和最短的时间生产出需求产品的种类和数量成为当前企业增强竞争力的重中之重。这就要求制造系统的设计者在设计的初始阶段就要考虑到制造系统的可重构性。

针对制造系统的可重构性设计，国内外学者提出了各种方案。在《计算机集成制造系统》上发表的《基于图论的可重构制造系统单零件流水线构形优化》中，采用图论的方法得到K优单流水线，这种方法将图论应用于制造系统构形优化得到了多个优化方案，但是只适用于中小规模的构形优化问题，一旦扩大模型，这种方法的应用效果会不明显。在《Flexible Services And Manufacturing Journal》上发表的《Optimal Configuration Selection For Reconfigurable Manufacturing Systems》中把构建制造系统构形分为两个阶段，先是选择近优构形，然后采用基于整数编码的遗传算法和禁忌搜索算法相结合的方法来确定最终构形。在《International Journal of Production Research》上发表的《A Design Strategy For Reconfigurable Manufacturing Systems(RMSs)Using Analytical Hierarchical Process(AHP):a case study》中，采用层次分析法来选择制造系统构形，在建立的数学模型中除了考虑传统的成本和质量等因素外还特别考虑了制造系统的响应性，但是实际生产中对需求资源和可用资源有着更复杂和精确地需求，因此用层次分析法的适应性会大大减弱。

以上几种研究制造系统可重构性设计的方法的共性在于：他们都是基于已有的机床布局方案进行制造系统构形研究的，很少有在制造系统设计初始阶段就考虑到机床的可重构性布局方案。如果在制造系统构建的初期就充分考虑机床布局的生产可重构性，将会为后期构建可重构性生产构形提供很大的便利。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适合制造系统重构的机床布局设计方法，主要解决现有技术中很少有从制造系统构建初始阶段考虑制造系统的可重构性，从而导致在生产的中后期难以构建可重构性制造系统的问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种适合制造系统重构的机床布局设计方法，包括以下步骤：

步骤一、定义加工功能分类：加工功能与刀具的关系采用二元组进行表示，即加工功能＝<{T},{A}>，T＝{t₁,t₂,t₃,…},A＝{a₁,a₂,a₃,a₄,a₅}，其中T是指各种不同类型的刀具集合，A是指加工精度等级集合；

步骤二、建立加工功能均衡分布的数学模型：每一种加工功能都是影响机床布局的因素，因此在评价每一种加工功能对整个车间机床布局的影响时根据使用的频率比例给出，总的物料移动距离采用式(1)计算；

其中，L是加工功能数量；α_l是第l个加工功能的评价权重；M是在同一行中机床的数量；N是在同一列中机床的数量；l是加工功能的编号l；(x,y)是机床的位置标识；(x₀,y₀)是与指定机床有最短距离的机床位置标识；T_lxy是0、1标识；Z_lxy是具有最短距离机床的数量；

约束条件如下：

1≤Z_lxy＜M_num(5)

式(2)是0、1约束，当该位置的机床有此加工功能时，T_lxy为1，否则T_lxy为0；式(3)是权重约束，表示所有权重系数之和为1；式(4)是机床约束，表示每一个位置有且仅有一台机床；式(5)是最短距离机床数量约束，M_num是车间机床数量；

步骤三、根据所述的数学模型设计面向加工功能均衡分布的遗传算法，具体包括以下步骤：

步骤1、初始输入：输入包括最大遗传迭代次数，交叉概率c，变异概率m，种群数量N；