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汽車電機可重組生産線過程監控及優化

更新時間:2018-06-23 11:07:00點擊次數:1116次字號:T|T
制造業的競爭和用戶需求的快速變化使得汽車及其零部件行業的生産模式由多品種、小批量逐漸演變爲多品種、變批量的生産模式,這種生産方式對制造系統及生産線提出了可重組性要求,可重組性意味著制造系統的組元可升級,組態可調整,可快速形成新的生産能力和生産功能。
制造業的競爭和用戶需求的快速變化使得汽車及其零部件行業的生産模式由多品種、小批量逐漸演變爲多品種、變批量的生産模式,這種生産方式對制造系統及生産線提出了可重組性要求,可重組性意味著制造系統的組元可升級,組態可調整,可快速形成新的生産能力和生産功能。

汽車電機生産線的控制系統是整個生産線正常運行的基礎,從目前引進、研制並應用的汽車電機生産線控制系統看,多數采用集中式控制的自動化生産線方式,某企業引進價值00萬美元的電機轉子生産流水線,自動化程度高,生産節拍短,但是由于生産線剛性很大,調整困難而只能適應單品種、大批量的生産;另一類生産線的多數工序采用人工操作,導致生産效率不高,産品質量難以保證,上述方式都不能很好地適應汽車零配件市場激烈的競爭。

针对汽车电机生产线的现状,笔者提出并研究设计基于组态原理的汽車電機可重組生産線過程監控及優化控制系统,该系统基于组态原理进行系统设计规划,以配置研究设计的组态控制软件为核心,结合开发的车间作业任务调度模块,它可以依据生产现场快速转产的生产需要,由技术人员方便、灵活地重组成针对某一种特定电机的生产控制方式,并减少系统因重组造成的斜升时间,以满足生产线多品种、变批量的生产要求。

系統設計原理

. 组态原理

组态原理(Configuration Principle)是一种可根据对象的不同而适时改变自身物理或逻辑组织形态的原理,组态原理在计算机软件编制上早已出现并应用,基于组态原理的控制系统设计思想是以计算机软件为核心,结合相应的硬件设备构成,其中硬件的选择几乎覆盖目前生产线上各种可能出现的硬件设备,基于组态原理的控制方式是当前控制系统软件发展的主要方向之一,如国外的Labview,IFix和WinCC,国内的MGES和组态王等,都是典型的组态控制软件。

基于組態原理的控制系統應用于汽車電機生産線,能實現根據市場變化對電機生産線設備及其加工輔助設備進行更替、調整以及擴充形成新的生産能力和生産功能,確定電機生産線上可調整的組元後,按一定的調整、優化策略實現組態控制,組態控制方式打破了傳統的剛性/柔性生産線控制模式,可由用戶自己定制特定的控制狀態,調整組態和升級組元,極大地提高了系統的可重組性。

.2生産線控制系統總體結構

本文采用组态原理的设计思想,提出并设计了汽車電機可重組生産線過程監控及優化控制系统,其基本组成框图如图所示。


圖汽車電機可重組生産線控制系統基本組成框圖

汽車電機生産線過程監控及優化控制系統主要由兩個部分組成:組態控制軟件模塊和車間作業計劃調度模塊。

.2.組態控制軟件模塊

系統可組態構建是電機可重組生産線控制系統的關鍵,用戶按照不同型號汽車電機生産需求,通過該組態控制軟件模塊構建特定産品的專用控制系統,可進行組態調整的內容包括:系統設備選擇、構件選擇、加工參數選擇以及采集數據選擇,具體如下:

()加工設備選擇,汽車電機生産線的瓶頸工位爲繞線工作,配置一台可移動繞線機(可共用),可根據當前生産線生産節拍的要求,依照調度方案選擇瓶頸工位加工設備的不同配置實現生産能力的改變。

(2)構件選擇,生産線可通過更換加工設備的加工構件實現生産功能的改變。

(3)加工參數選擇,針對不同型號的汽車電機傳送不同的加工參數,如壓力參數、繞線參數、檢測參數、尺寸公差參數等。

(4)采集數據的選擇,生産線采集的大量數據要根據不同型號的汽車電機進行取舍和提取,爲系統快速故障診斷提供依據。

.2.2車間作業計劃調度模塊

車間作業計劃調度決定了生産線在何時采用哪種構形生産何種産品,而控制系統是根據不同的生産産品來進行組態的,因此車間作業計劃調度是生産線優化控制的一個重要環節,本系統的車間作業調度采用基于Petri網和遺傳算法(Petri—GA)相結合的調度算法。

根據系統重組方式的不同,重組費用計算分成兩部分,一部分爲可移動加工設備的使用造成的重組費用,另一部分爲對于不同的加工工件,需要對可變結構機床進行構件替換造成的重組費用。

設可移動加工資源的使用是在加工工序i發生,構件重組替換是在加工工序j發生。

定義S爲加工工序i的狀態集,S={so,s},其中:s0表示加工工序i沒有進行重組,s表示工序i進行了重組,使用可移動加工資源同時加工,則工序i的重組費用函數定義爲g:S
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