分布式、網絡化制造資源庫初步設計

1、分布式、網絡化制造資源庫初步設計一 可重構制造資源優(yōu)化配置平臺子系統(tǒng)體系結構本子系統(tǒng)的體系結構如上圖所示，主要由三個模塊組成：物理制造單元庫的構建模塊，邏輯制造單元的設計模塊，制造資源優(yōu)化模塊。輸入工藝路線和虛擬設備 可重構制造資源優(yōu)化配置平臺 物理制造單元庫構建模塊 邏輯制造單元的設計模塊制造資源優(yōu)化配置模塊一條最優(yōu)邏輯制造單元狀態(tài)反饋輸入任務計劃 圖1 可重構制造資源優(yōu)化配置平臺子系統(tǒng)體系結構各個模塊分工不同，但又相互聯(lián)系。物理制造單元庫的構建模塊主要完成物理制造單元的構建和物理設備庫的構建，正確合理的描述物理制造單元和物理設備資源，是系統(tǒng)的基礎部分；邏輯制造單元設計模塊主要完成物理設備在

2、邏輯上的重構工作，使物理設備按需求重新配置構成一個新的邏輯制造單元；制造資源優(yōu)化配置模塊主要是建立所有的面向工藝的邏輯制造單元與物理制造單元的靜態(tài)映射關系，實現(xiàn)制造資源的合理利用，滿足復雜多變的生產加工任務需要。邏輯制造單元設計模塊在物理制造單元庫中提取設備，構造邏輯制造單元；物理制造單元庫向制造資源優(yōu)化配置模塊提供優(yōu)化所需的一些信息；邏輯制造單元模塊向制造資源優(yōu)化配置模塊輸入多條邏輯制造單元。本子系統(tǒng)可以單獨使用，具有輸出和輸入接口（詳見接口描述部分）。本子系統(tǒng)的輸入接口：來自基于知識的網絡化協(xié)同工藝規(guī)劃系統(tǒng)的工藝路線（含虛擬設備），到達邏輯制造單元設計模塊供邏輯制造單元的設計；來自可視化制

3、造過程管理與監(jiān)控系統(tǒng)的任務計劃，到達制造資源優(yōu)化配置模塊作為優(yōu)化約束條件。本子系統(tǒng)的輸出接口：向可視化制造過程管理與監(jiān)控系統(tǒng)輸出狀態(tài)反饋，主要是任務資源的落實情況；向集成化數控制造與仿真系統(tǒng)和制造執(zhí)行系統(tǒng)以物理設備表的形式輸出一條邏輯制造單元。二 可重構制造資源優(yōu)化配置平臺子系統(tǒng)各模塊實現(xiàn)方案1.物理制造單元庫構建模塊的實現(xiàn)方案1.1物理制造單元信息模型本研究主要采用面向對象的方法研究物理制造單元的描述，建立物理制造單元的信息模型，從而建立制造資源庫。物理制造單元的信息模型應該包括4個方面：物理制造單元的管理信息、物理制造單元的制造能力、物理制造單元的狀態(tài)和物理制造的單元的專用工裝。1） 物理

4、制造單元的管理信息是指制造單元的員工信息、位置信息、成本信息、生產計劃進度；2） 物理制造單元的制造能力是指生產時制造單元可完成的工藝及制造能力，主要包括生產周期信息、尺寸生產能力、加工精度、可以加工的典型零件、可以完成的典型工藝特征；3） 物理制造的單元的狀態(tài)反映制造單元的運行狀況和負荷狀況;4） 物理制造的單元的專用工裝反映制造單元所必須的刀具、夾具、量具等。 圖2 物理制造單元信息模型1.2設備資源信息模型設備資源是資源庫中的最低層次的資源，物理制造單元由物理設備的組合構成，而且邏輯制造單元是物理設備在邏輯上的重構。因此，對設備資源的合理科學的描述非常關鍵，應該描述出能夠為邏輯制造單元的

5、產生有用的設備屬性。同樣，采用面向對象的方法來研究物理設備的描述，建立設備資源信息模型，設備資源信息模型應該包括以下四方面的信息：設備資源的管理信息、設備資源的制造能力、設備資源的狀態(tài)、設備專用工裝。1) 設備的管理信息包括設備資源的設備編號、名稱、型號、主軸轉速、電機功率、設備重量、外形尺寸、使用年限、月折舊、成本信息、位置信息、生產廠商、額定使用時間、大修時間、操作規(guī)程、注意事項；2) 設備的制造能力主要包括加工的最大工件、加工直徑、加工長度、刀架行程、工作精度、形狀加工能力、加工工藝能力；3) 設備的狀態(tài)反映設備的運行狀況和負荷狀況（如空閑狀態(tài)、裝載狀態(tài)、加工狀態(tài)、拆卸狀態(tài)等,以及各自狀

6、態(tài)之間的切換）。4) 設備專用工裝反映制造單元所必須的刀具、夾具、量具等。圖3 設備資源信息模型1.3 切削機床的分類由于物理制造單元是由不同類型的設備組成，所以要對物理設備進行分類，根據設備的功能進行分類。金屬切削機床車床普通車床,單軸及多軸自動車床,專用車床數控車床,臥式車削中心,立式車削中心立式車床鏜床臥式鏜床,立式鏜床拉床切斷機鉆床鉆削和攻絲機床,深孔鉆床,單軸及多軸鉆床火焰切割機床，包括等離子弧線切削機磨床激光加工機床激光切割機,激光附件及激光器加工中心臥式加工中心,立式加工中心,立臥兩用加工中心銑床床身式橋式龍門銑床,升降臺式銑床,仿形銑床刨床帶鋸床圓鋸床弓鋸床牛頭刨床插床鍛壓機械

7、專用機床檢查,測量和試驗設備機床元部件,附件及工裝和工位器具1.4實現(xiàn)方案物理制造單元庫構建模塊的結構如下圖所示：物理制造單元庫構建模塊物理制造單元庫單元1設備類別1物理設備物理設備物理設備物理設備設備類別2物理設備物理設備物理設備設備類別3物理設備物理設備物理設備區(qū)域行業(yè)制造資源網制造資源 構建工具網絡接口 圖4 車間級物理制造單元庫構建模塊的結構該模塊主要由構建工具、物理制造單元庫、網絡接口組成。構建工具實現(xiàn)物理制造單元庫的構建，是該模塊的主要工具，制造資源構造工具主要是完成設備資源和物理制造單元的信息的輸入、插入、修改、檢驗、根據條件查找，保證設備資源信息的完備性和一致性。由上面的資源模

8、型建?？梢灾溃圃熨Y源庫由物理制造單元組成，而物理制造單元又由不同類別的設備組成，所以制造資源構造工具應該包括兩部分資源的構建：物理制造單元信息模型的構建和設備資源信息模型的構建，下面主要設計制造資源構建工具的實現(xiàn)方案。1.4.1 物理制造單元構建工具的實現(xiàn)方案物理制造單元構建工具應該具有一下功能：1) 添加物理制造單元：向單元庫插入新的制造單元；2) 刪除物理制造單元：必須先刪除物理制造單元里的設備，否則不能刪除，出現(xiàn)提示；3) 修改物理制造單元：主要是修改物理制造單元的信息；4) 查找物理制造單元：根據輸入的查找信息查找出要尋找的物理制造單元；5) 檢驗物理制造單元：檢驗該物理制造單元是

9、否可執(zhí)行（是否含有相應的物理設備）；6) 復制物理制造單元：為了便于對物理制造單元編輯；7) 剪切物理制造單元：為了便于對物理制造單元編輯；8) 粘貼物理制造單元：為了便于對物理制造單元編輯。圖5 物理制造單元構建工具1.4.2 設備信息模型構建工具的實現(xiàn)方案設備信息模型構建工具應該具有一下功能：1) 添加物理設備：向單元庫插入新的設備；2) 刪除物理設備；3) 修改物理設備：主要是修改物理設備的信息；4) 查找物理設備：根據輸入的查找信息查找出要尋找的物理設備；5) 檢驗物理設備；6) 復制物理設備：為了便于對物理制造單元編輯；7) 剪切物理設備：為了便于對物理制造單元編輯；8) 粘貼物理設

10、備：為了便于對物理制造單元編輯。圖6 物理設備信息模型構建工具二.邏輯制造單元的設計模塊的實現(xiàn)方案邏輯制造單元的設計是面向CAPP的，根據CAPP提供的工藝規(guī)程，對制造資源庫進行掃描，查找滿足工藝規(guī)程的邏輯制造單元。2.1邏輯制造單元設計模塊的實現(xiàn)方案根據得到的初步工藝信息，包括加工方法，加工精度，加工特征、設備要求和工序圖等進行制造資源的邏輯重組，生成滿足相應約束條件的多個可能的邏輯制造單元，包括加工設備、工裝附件、計算機硬件等邏輯重構。由此形成的制造系統(tǒng)是可重用的、 可重構的和可擴充的，并具有敏捷性，可根據市場需求迅速重組出一個新的制造系統(tǒng)以適應不同產品生產的需要。初步的工藝信息可能比較簡

11、單，但其中必須包括零件的加工工序或工步信息、需用加工設備的種類（車、銑、刨、磨、鉗等）、對設備的精度要求（尺寸精度、形狀精度和位置精度）、零件的加工精度（尺寸精度、表面精度、形狀精度和位置精度）、零件的幾何特征（大小、形狀、結構等）、所需特殊工裝器具（刀具、夾具、量具等）等。上述信息由CAPP給出，可以不是很精確，但設計人員要能夠根據所給出的信息得到或推理得出邏輯制造單元設計所必須的基本信息。通過邏輯制造單元設計模塊的輸入界面輸入上述基本信息，在制造設備資源庫中進行搜索，得到相應的虛擬設備和邏輯制造單元。當然，物理制造單元的位置信息也很重要，據統(tǒng)計，搬運成本在整個成本中占20%50%，因此，設

12、計邏輯制造單元時，必須考慮零件的搬運成本，盡可能選擇邏輯制造設備相互距離較近，使搬運成本最低。2.2 邏輯制造單元產生的流程邏輯制造單元的設計是面向CAPP的，根據CAPP提供的工藝信息，結合零件需求、制造的位置信息，可先確定一個查找的地域范圍，目的是使零件加工過程中的搬運成本最低。在地域范圍的約束下，對制造資源庫進行搜索，查找滿足工藝信息的邏輯制造單元。首先在一定地域范圍內搜索有無現(xiàn)成的物理制造單元滿足加工要求，如果有，可直接提取出來備選。然后再根據工藝規(guī)程對制造資源庫同一地域的所有設備進行掃描，按需求重新配置構成一個新的邏輯制造單元。如果上述步驟可以產生邏輯制造單元，則把結果傳給資源優(yōu)化配

13、置模塊進行優(yōu)化。如果上述過程不能找到相應的邏輯制造單元，則在整個資源庫范圍內進行查找，重復上述步驟。邏輯制造單元的組成設備可能是同一地址的，也可能是異地的，它是物理設備在邏輯上的重構。對兩次所搜索的結果進行優(yōu)化，選擇出最優(yōu)的方案作為邏輯制造單元。由此形成的制造系統(tǒng)是可重用的、 可重構的和可擴充的，并具有敏捷性，可根據市場需求迅速重組出一個新的制造系統(tǒng)以適應不同產品生產的需要。當然，也有可能找不到相應的邏輯制造單元，這時候的選擇有兩個，要么買設備，要么改工藝。設計流程如下圖所示。三. 可重構制造資源優(yōu)化配置平臺子系統(tǒng)功能描述本子系統(tǒng)主要完成物理制造單元庫的建立和邏輯單元的設計，以及資源的優(yōu)化配置

14、。系統(tǒng)分為三個模塊，各個模塊分工不同，但又相互聯(lián)系。下面分別描述各模塊的功能：物理制造單元庫的構建模塊：1）完成物理制造單元的構建和物理設備庫的構建，能夠正確合理的描述物理制造單元和物理設備資源，是系統(tǒng)的基礎部分；2) 具有物理制造單元構建工具和設備資源構建工具，可以方便的對資源庫進行修改、刪除、添加等編輯工作；3) 具有刪除或者新建物理制造單元庫的功能；4) 具有和區(qū)域網絡資源庫相互訪問的網絡接口。邏輯制造單元設計模塊：1) 主要完成物理設備在邏輯上的重構工作，使物理設備按需求重新配置構成一個新的邏輯制造單元；2) 具有導入或者輸入工藝路線和邏輯設備的功能，以便根據工藝路線進行物理制造單元的

15、選擇或者根據邏輯設備進行物理設備的選擇；3）通過一定的算法，在滿足約束條件的情況下，對制造資源庫進行搜索、查找，能選出相應的邏輯設備，4) 具有輸出或者導出多條邏輯制造單元的功能。三 接口描述本系統(tǒng)由5個子系統(tǒng)組成：可視化制造過程管理與監(jiān)控系統(tǒng)，基于知識的網絡化協(xié)同工藝規(guī)劃系統(tǒng)，可重構制造資源優(yōu)化配置平臺，集成化數控制造與仿真，制造執(zhí)行系統(tǒng)。系統(tǒng)中的諸環(huán)節(jié)均與制造資源密切相關，但是不同的環(huán)節(jié)對制造資源的信息需求卻不盡相同。因此，可重構制造資源優(yōu)化配置平臺子系統(tǒng)必須滿足其它各子系統(tǒng)需要的信息要求即為輸出信息；同時，其它各子系統(tǒng)也應該對可重構制造資源優(yōu)化配置平臺子系統(tǒng)提供需要的信息要求即為輸入信息

16、。制造資源優(yōu)化配置一條最優(yōu)邏輯制造單元多條邏輯制造單元詳細工藝設計制造執(zhí)行系統(tǒng)設備控制集成化數控制造與仿真可重構制造資源優(yōu)化配置平臺區(qū)域行業(yè)制造資源網建庫工具網絡接口 物理制造單元庫基于知識的網絡化協(xié)同工藝規(guī)劃系統(tǒng)可視化制造過程管理與監(jiān)控系統(tǒng)任務計劃 工藝路線（優(yōu)化約束條件） （任務資源落實情況） 虛擬設備 狀態(tài)反饋 物理設備表 物理設備表 物理設備表（包括設備精度等內容） （包括設備精度等內容）下面分別對各子系統(tǒng)和本系統(tǒng)的信息需求進行描述：1) 可視化制造過程管理與監(jiān)控系統(tǒng)與可重構制造資源優(yōu)化配置平臺子系統(tǒng)的接口信息需求：可視化制造過程管理與監(jiān)控系統(tǒng)向本子系統(tǒng)提供任務計劃和其它條件作為優(yōu)化約束條件；本子系統(tǒng)向可視化制造過程管理與監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)提供狀態(tài)反饋，主要指任務資源落實情況。2) 基于知識的網絡化協(xié)同工藝規(guī)劃系統(tǒng)與可重構制造資源優(yōu)化配置平臺子系統(tǒng)的接口信息需求：基于知