[发明专利]一种考虑刀具寿命的刀具配置方法

说明书

一种考虑刀具寿命的刀具配置方法，涉及刀具配置技术领域，包括：根据历史数据，整理出刀具配置所需的基本信息；随机生成任务顺序和任务加工工时，初始化刀库状态为空；确定求解问题的约束，并构建求解模型；进行刀具配置；启动加工，至刀库中刀具无法满足下个加工任务时，停机，进行换刀决策，直至任务序列中任务加工完毕；计算停机、使用新刀和换刀的总成本，输出刀具配置结果。本发明有益效果：综合考虑了使用新刀的成本、停机时间成本和换刀时间成本，这样一方面减少加工过程中使用新刀的数量、提高刀具的使用率，另一方面提高的换刀时间、提高生产效率，能够应付较为实际的生产制造过程中的刀具配置。

技术领域

本发明属于刀具配置技术领域，具体的为一种考虑刀具寿命的刀具配置方法。

背景技术

自市场需求向买方市场转化以来，高度的产品差异化和大规模定制已成为制造业亟需面临的重要挑战，多品种、小批量的生产模式逐步取代原有的大批次生产模式。当前制造业的趋势是广泛使用柔性制造系统，它能够高速制造各种高质量的产品，且在生产计划中，尝试尽可能高效地组织生产。当产品种类变得如此之多以至于处理一系列工作所需的刀具数量超过柔性制造机器的刀库容量时，就必须更换刀具。一般来说，要在柔性制造机器上生产不同的零件，所有零件所需的刀具数量大于刀库容量。在这种情况下，此类刀具配置问题的研究成为了提升生产效率的关键一环。

从目前所调查研究的文献和专利来看，当前研究的刀具配置问题，已经将刀具尺寸、机床准备时间、刀具容量、刀具寿命等约束条件构造呈模型约束。机床的停机次数、换刀次数、最小完成工期等也成本刀具配置研究目标。有部分学者将刀具配置问题和作业排序、机器指派等问题也加以考虑。目前较为成熟的运算方法有KTNS算法、遗传算法、动态规划算法等等。但是总结当前技术仍存在以下问题：

①大部分研究省略了由于刀具寿命耗尽而导致的刀具切换；②少部分研究集中在单一的刀具类型的刀具配置问题上；③没有考虑换下的刀具再次使用。在这些研究的处理方式上，要么刀具使用率过低，要么是使用新刀的数量过多，这样往往使得刀具配置结果脱离实际。

考虑刀具寿命的刀具配置问题是一个NP-Hard问题，随着刀具类型数、任务数和机床刀库容量的增加，都会给问题求解带来很多的难度。刀具配置问题是金属制造加工中心里面的重要研究课题，以降低新刀成本、减少换刀时间和停机时间为主要目标，在高精密加工、准时制造、自动化车间等等场景中显得极为重要，解决该问题具有很大应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对当前刀具配置存在的问题，提出一种考虑刀具寿命的刀具配置方法，能够应对考虑刀具寿命、具有多种刀具类型和换下的刀具再使用的刀具配置问题，更符合实际生产的需求。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种考虑刀具寿命的刀具配置方法，包括以下步骤：

步骤1、根据历史数据，整理出刀具配置所需的基本信息，将停机时间和换刀时间折算成成本；

步骤2、随机生成任务顺序和任务加工工时，初始化刀库状态为空；

步骤3、确定求解问题的约束，并构建求解模型；

步骤4、采用贪心策略进行刀具配置，从第0个任务开始，判断任务所需刀具类型并添加进刀库中，直至刀库刀位均被装满；

步骤5、启动加工，至刀库中刀具无法满足下个加工任务时，停机，进行换刀决策；

步骤6、依据单个任务平均加工成本的决策指标，确定本次停机换刀所覆盖的待加工任务序列长度，求解换刀的具体信息并进行换刀决策；

步骤7、再次启动加工，至刀库中刀具无法满足下个任务加工时，进行步骤6，直至任务序列中任务加工完毕；

步骤8、计算停机、使用新刀和换刀的总成本，输出刀具配置结果。