外文翻译-通过改进刀具的调度策略来提高FMS的效率.docx

附录外文资料翻译通过改进刀具的调度策略来提高FMS的效率摘要：在柔性制造系统的实际操作中，尤其是在FMS的中央刀库的刀具存储量以及 加工中心的机床刀库的刀具储量有限的情况下，换刀是一项重要的工作在刀具传输 中有效地调度策略或规则将提高加工中心的利用率，同样FMS的整体效率也会提高 在此文中，我们介绍了我们的研究工作，正是通过改进刀具交换过程中的刀具调度策 略來提高FMS的效率的在FMS的初始操作中，一般采用两种简单的调度规则（叫做 ATE和RSTH）结合来实现道具的交换而通过对FMS操作的实际评估，发现这种刀具 调度方法的效率非常低，而口加工中心的利用率在70%以下一种新的调度策略的结 合（叫做STE和WPN）通过对FMS的仿真分析得到测试，结果显示，加工中心的利用 率提高扫75%以上这种新的调度策略同样也提高了 FMS的操作效率关键词：柔性制造系统，分度，分度原则，刀具装载，仿真1.介绍柔性制造系统是一种计算机控制的制造系统，包扌舌儿立的机床或工作站，物 料处理系统（MHS）,刀具系统以及控制系统，它通过连续的反复换刀可同时加工多种 工件很好的实施FMS的设备，可以减少主加工时间，提高生产质量，提高生产效率 以及减少生产成本，因此能够使用户在多变的全球市场中保持竞争力并赖以生存。

但 是一个FMS是一•种某些子系统组成的复杂系统，例如，MHS和加工系统任何一个子 系统将影响整个柔性制造系统性能的影响另外,在静态结构，即FMS系统的MHS和加 工系统的结构、布局和途径设计的条件下，它的运行效率是由动态调度和控制策略决 定的因此，确保FMS系统的所有子系统良好运行和提供良好的分度策略和控制系统是 非常重耍的有两种类型的刀具系统一种适用于限制容量的机床刀库，另一种适用 于大数量刀具的刀库在加工小零件的FMS系统中，由于机器通常是小型的或则 中型的，因此刀库容量是限制或则很小的所以必须采用换刀装置因此换刀装置的 分度必须仔细研究在MHS中，大量的研究活动集中在分度问题上然而在加工系统 中用于分度问题上的研究却非常少然而，实际情况表明在FMS中如呆拥有高效率的 分度装置但是加工系统的效率低，则整体性能就会大大降低基于这种情况，解决由加工系统引起的瓶颈问题将会成为增加整个FMS系统效率的一个关键问题这就是 这篇文章情况研究内容所涉及的柔性制造系统是一种实现棱镜零件制造的系统在 最初的FMS系统操作中，一个简单的换刀分度原则叫做ATE （当零件加载/卸载时所有 的刀具变换）和RSTII（在中央刀库中随机选择的刀具）被应用。

在实际的评价柔性制造 系统的性能时，它的效率发现是非常低的（约50%）,利用的加工中心低于70%仿真和 分析结杲表明，不好的加工系统分度系统是产生这种瓶颈的原因研究解决的瓶颈问题 并且经过测试执行的是一种新的分度方式，采用一种新的组合称为STE （选择刀具变换） 和WPN （加权位置号）在接下来的章节，讲介绍这个新的分度方式的仿真、分析和应 用于实际FMS系统中的关键技术2.分析了原有的分度策略存在的问题2. 1 在FMS系统配置和初始分度策略的作用1- L / UL （零件载/卸站）2- MC1 （加工中心1）3- MC2 （加工中心2）4- WM （清洗机构）5- AGV （动导引小车）6- 缓冲区（1 - 12）7- TL/ UL （刀貝装/卸）8- CTMI仲央刀库1）9- CTM2 （中央刀库）10- CTM3 （中央刀库3）11- CTM4（中央刀库4）12- 换到机械手1 W—1J― • ■ ■■ — ■・—・•・・• • ••• • ♦ ■ .》 1—• • •KDIDED MOT IID图1 FMS系统结构的图解和布局EDD; SLACK, FCFSQL; SUTN: FCFS先无损检测，先无损检测;1:零件在装卸站的装卸。

2:将需要加工的零件队列起來；3:选择一个缓冲区4:加工机床选用待加工零件5:在刀具装卸站选择刀具6:在中央刀库选择刀貝加持机构7.加工中心上刀8.加工中心从机床刀库中卸载刀具图2 在FMS控制系统中主要的决定要点和调度规则MS系统结构的图解和布局显示在图1中柔性制造系统由2个加工中心(MCI、M⑵ 组成，此加工中心貝有相同的类型，拥有16把刀具的机床刀库，清洗机构(WM)、门动 化引导小车(AGV), —个零件装卸站，12个缓冲器，一个负责刀具变换的双爪机器人，可 进行18把工具製卸的刀具製卸站和一个刀库包括4个子刀库 (CTMI, CTM2, CTM3 和 CTM4)，总库容为 144 把刀具柔性制造系统产生在1991年，其产品主要式棱镜零件FMS系统的控制系统结构 和网络已经在文中索引文献［4］中介绍FMS控制系统中主要的决定要点和调度规则已 经在图2中显示在图2中的关于调度规则的所右的缩写解释如下：FCFS: 先到先服务EDD: 最早的日期是优先考虑SLACK:松弛和最小的松弛优先延迟是区别当前时间和截止口期SPT: 最短加工时间的零件优先考虑SQL: 机器的最短的队列长度是已经选定的。

SUTN: 机器的 垠小的利用率是已经选定的NDT: 机器的最近的距离是已经选定的RSTH: 在刀库中随机选择了一个空的刀具加持装置ATE: 当零件卸载时所冇刀具变换，2. 2最初的刀具调度策略的不足FMS系统的预期的整休效率是60%以上，加工中心的利用效率预计达75%以上事 实上，统计数据显示，整体效率低于50%和加工中心利用效率低于70%我们可以观察 到机器人通常是很忙的，当机器人装卸另一个加工中心时，加工中心经常等刀具加载 这将增加了 加工中心的空闲吋间，从而降低整个系统的利用率和效率此外，用RSTH 调度规则，当加工中心的机器人卸载两种刀具时，因为刀具夹持装置时随机选的，往往 需要从一个子中央刀库到另一个子中央刀库这将増加了机器人的刀具装换时间另 一个可能的问题是加工中心的刀具变换调度策略在ATE策略下，当加工中心接受另 一个不同类型的零件时机床刀库上的所有刀具必须卸载如杲有许多种类并且这些类 型是通过一定比例混合吋，交流类型变换将导致频繁的刀具加载/卸载在加工中心变 换刀具期间，如果该机器人为另一种加工中心忙，加工中心述需耍懒懒的等待一个过多 的时间显然,这将降低加工中心利用效率和整体性能。

在最初的对在调度中存在问题 分析后，决定进行分析和验证试验一些新的调度策略3 对刀具的调度策略的模拟实验3.1仿真平台用于仿真实验仿真平台是一种柔性制造系统模拟器称为FMSS1M, o它己经由机械 工程部、香港城市大学、南京科技大学口 1993开发和共同调整的FMSSIM的主要 特点是：•灵活的模型,采用面向对象的框架模型数据从编程中分离出来这个灵活，模型框架，确保了模拟器可以用于许 多正在调查之中FMS系统分离出来的操纵数据，即调度规则和处理方案,提供了 测试不同调度方法的可能性处理并没有改变柔性制造系统仿真模型的计划，并 提供一个不需要修改模拟器的可扩展性的调度算法•完全交互式建模环境所有对于建模的操作、调度规则的选 择和处理输入方案充分互动•建模和调度时数据高度一致性•拥有MHS及刀具系统的整体FMS仿真•真正的FMS-like仿真控制和调度• 智能评价模拟计算的结果3. 2 为初始调度策略的模拟分析潜在的问题和验证预测的瓶颈，模拟运行已经做到了的初期调度策略得到的 统计数据结果显示在表lo柔性制造系统的配置和布局表现在图1中它的决定要点 和调度规则显示在图2中表1最初的调度策略作用的仿真结果序号整休 效率 (%)牛产力(片/分)效 率(%)加工中心1加工中心2清洗机构自动 导引 小车机器人1470. 0465651211952500. 056269182294从表1可以看出，MCI和MC2的利用率低于预期例如70%,即加工中心明显的欠利 用。

一个可能的原因是MCI、MC2有零件或工具加载问题进一•步的分析指出，真正的 原因是机器人的刀具装载问题，因为自动导引小车的使用率低于理想值，但是机器人的 使用率超过90%,理想的最人的利用率因此加工中心由于刀具加载而过度使用机器人 而受损，机器人是造成低的整体效益的瓶颈机器人的过度劳动可能是机器人速度放慢 或坏的刀具调度问题引起的表2所示的是从图2模拟结果在最初的调度策略的加工中心的一群典型的时间分 配表2中，处理时间是为加工工件的真止的时间，辅助时间是一部分卜•载时间和刀具 的加载时间Z和止如我们所知道的，在口动导引小车具有足够的运输能力(这一点可 由低AGV使用率证实显示于表格1)的条件下，用于零件装载的时间相对于刀具装载的 吋间是很短的通过分析表2中的数据看出刀具装卸时间比例相对于加工中心实际加 工时间太大了这表明，缩短了刀具装卸时间能增加实际加工时间，因此捉高了 FMS的 生产力另一方而讲，既然柔性制造系统已实现，以一个高速度机器人取代现冇的将会 增加额外的费用这是不予以考虑所以口J能的消除瓶颈，提高整体的效率的途径是改 进系统调度策略表2仿真最初的调度策略的典型的加工中心吋间分配(总共24小时)加工中心名 字利用率(%)处理时间(min)辅助时间闲置时间加工中心162290. 48608. 32541.20加工中心269250. 42736. 97452.623.3 新刀具的调度策略为了提高最初的调度策略，新的刀具调度策略被建议和测试。

一个是通过加工中心 刀具夹持装置选择来降低机器人装换时间另一个是通过加工小心在零件装卸时的刀 转换来减少的刀具装卸吋间3. 31选择刀具转换策略选择刀具转换是为机器的机床刀库的一种刀具加载策略这个策略的模型可以解 释如下：让ti是一套加工零件i刀具让tj是一套加工零件j刀具Tmi是机床刀库 中加工零件i的一部分刀具(TmiGTi) o而Tuldi是一套当零件i卸载时的刀具卸 载,Tldj是一套当零件j卸载时的刀貝卸载假设零件i在加工中心1种已完成加工, 并且没有从加工中心中卸载零件j准备进入加工中心1加载然后，应用ATE策略, 未装载的刀具就在Tmi中但是如果应用STE策略，未装载的刀具就会是：Tuldi二{tit ~ Ti and t Tmj} (1)其中t是从加工中心1中的一部分未装载刀具Tmj是在加工零件j的加工中心 的机床刀库的一部分刀具，此时零件i未装载然后Tmj = Ti ~ Tj n Tmi (2)从公式⑴和(2),我们可以看SO, Tuldi组的成员越小,Tmj的成员将会更大的， 零件由i到j转换时的装卸时间就会减少在公式⑴和⑵中已经达到寿命极限的未 装载刀具是不考虑的。

如果考虑这个因素，就是：Tu - Tuldi u Tmjd (3)其中Tu是总的未装载刀具，然后：Tmjd = {ti t ~ Tmj and t f ( t ) > tfO} (4)其中Tmjd是为加工零件J的未装载的刀具，但是它们的寿命已经到达极限f(t)。