加工中心刀库中刀具动态优化配置方法研究

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1、广东工业大学硕士学位论文工学硕士加工中心刀库中刀具动态优化配置方法研究李泽龙二○一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501030广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）加工中心刀库中刀具动态优化配置方法研究李泽龙指导教师姓名、职称:陈庆新教授学科(专业)或领域名称：机械工程学生所属学院：机电工程学院_论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterMast

2、erofEngineeringScienceResearchonToolDynamicConfigurationOptimizationinMachiningCenterMagazineMasterDegreeCandidate:LiZe-LongSupervisor:ProfessorChenQing-XinMay2018FacultyofIndustrialEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510

3、006摘要摘要生产组织模式正在从面向产品向面向客户、面向需求和面向服务的方式转变，这意味着加工的产品批量更小、更换加工产品更加频繁、客户要求的交货期更短，这对提高制造系统效率和生产柔性提出了更高的要求。加工中心是自动生产线或柔性制造单元的重要组成部分，因其刀库的容量有限性和加工工艺刀具需求多样性，在加工过程中，一定会存在换刀。换刀过程需要停机、调整和重启等，这将影响整个生产系统的产能和效率。加工中心刀库刀具动态配置问题是自动生产线或柔性制造单元运行和控制中一个重要的决策问题：如何合理动态配置刀库内的刀具，使得

4、完成一批任务后的总换刀次数最少，或者换刀的总时间成本最小。通过对加工中心刀库刀具动态配置优化方法的研究，为提高生产系统的效率、缩短交货期、降低成本具有明确的实际应用前景和重要的理论研究意义。文中以一个含有车铣复合加工中心的自动生产线（单元）为背景，研究了生产线内加工中心在给定加工任务下，以总换刀成本最小为优化目标，刀库内的刀具动态配置优化问题。主要研究工作如下：1.针对某企业含车铣复合加工中心自动生产线（柔性制造单元）的运作过程进行了详细分析，并针对其中加工中心刀库中刀具的动态配置优化问题进行了描述，给出了状

5、态变量、决策变量、约束条件和优化目标，用动态规划方法建立了数学模型；2.根据所建立的数学模型进行了求解分析：首先分析了模型的复杂性，接着对于小规模问题进行了全局精确求解；然后针对大规模问题，提出了多种近似求解的贪心算法，比较了不同贪心步长下所求得的总的换刀时间成本；3.结合某企业实际需求，对含车铣复合加工中心自动生产线进行了应用仿真建模，在该仿真模型中应用了本文所提出的大规模问题求解方法进行仿真计算。本文所提出的加工中心刀库刀具配置方法，对于一般含多台加工中心，面向多类任务变换的自动生产线或柔性加工单元均能够

6、有效缩小换刀时间成本。关键词：加工中心；刀具动态配置；动态规划；贪心算法；仿真建模I广东工业大学硕士学位论文ABSTRACTTheproductionorganizationmodelischangingfromproduct-orientedtocustomer-oriented,demand-orientedandservice-oriented.Thismeansthattheprocessedproductshavesmallerbatches,morefrequentreplacementofpro

7、cessedproducts,andshorterdeliverytimesrequiredbycustomers.Thisishowtoimprovemanufacturing.Systemefficiencyandproductionflexibilityputforwardhigherrequirements.Machiningcentersareanimportantpartofanautomatedproductionlineoraflexiblemanufacturingcell.Becauseo

8、fthelimitedcapacityofthemagazineandtooldemanddiversityofprocess,theremustbeatoolchangeinthemachiningprocess.Thetoolchangeprocessrequiresdowntime,adjustmentsandsetup,etc.,whichwillaffecttheproductivitya