可重构制造系统中的工艺计划建模及优化

摘要

可重构制造系统(Reconfigurable Manufacturing System，RMS)具有快速响应市场变化的能力，是未来制造过程追求的新制造模式。在RMS中，重构工艺计划又是产品生产和系统更新的重要使能器。本文在对RMS相关理论和关键技术分析的基础上，重点研究机加工工艺路线重构及工艺参数优化方法。
　　 在分析RMS的可重构特性的基础上，研究了RMS应对市场需求变化的响应方式，构建了可重构工艺计划的体系结构，确定了实现RMS的五大方向，以及实现工艺计划的基础方法和技术。
　　 从宏观层面研究了RMS中工艺计划的生成方法。通过在车间现有零件和产品规划的基础上，增加新的或删除旧的特征形成工艺重构。采用数学方法建立了工艺计划的成本数学模型，设计了相应的遗传算法，对该工艺计划成本模型进行求解，获得了成本最小的工艺计划方案，并通过实例验证。
　　 从微观层面研究了并联机床车削加工工艺参数的优化问题，建立了并联车削工艺参数优化的数学模型，设计了并联车削工艺参数优化的遍历搜索算法和遗传算法。并针对不同实际情况，运用MATLAB编程语言分别对其优化求解。同时通过对两种算法的比较分析，得到了各种实际情况下车削加工的最佳工艺参数。
　　 结果表明，宏观的工艺路线重构方法能显著减少可重构工艺规划的成本，避免了由于重新规划/前期规划而带来的计算量，且新的工艺计划数学模型可以真正意义上的实现重构工艺计划，优化了可重构的范围、程度和成本。同时，微观的并联车削工艺参数优化的实例仿真和理论分析结果基本一致，可为实际加工过程提供有效的工艺方案。