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1、第10卷第7期计算机集成制造系统Vol.10No.72004年7月ComputerIntegratedManufacturingSystemsJul.2004文章编号:1006-5911(2004)07-0727-05敏捷制造模式下制造单元重构技术研究王志亮,张友良,汪惠芬(南京理工大学机械工程学院CIMS研究所,江苏南京210094)摘要:为了实现敏捷制造环境下异地分布资源的优化组合,分析了敏捷制造系统构建中设备间运输工件的时间成本、异地管理的额外成本以及制造资源多样性造成的多种可行工艺路径方案等多种因素,提出了敏捷制造系统的构建模型,并由此给出了以制造总成本最小为目标函数的敏捷制造单
2、元重构数学模型,提出了敏捷制造系统构建的实现算法。最后,通过具体实例验证了该模型的有效性。关键词:敏捷制造;可重构制造系统;制造系统建模;虚拟制造单元中图分类号:TP278;TH165文献标识码:A敏捷制造的基本思想就是借助于信息通讯网只是对同一地点(同一企业)内资源的重组,因此运络,快速配置分散在不同地域和不同企业的各种资输时间不是主要考虑的因素。源,建立能够快速响应市场需求的开放性的制造体(2)由于制造资源的限制和被加工零件的复杂[1,2]系,实现制造的敏捷性。在敏捷制造模式下,要工艺要求,工件往往不可能在一个企业内部完成全求分布在不同地域的制造资源和制造系统根据生产部加工,而需要在
3、动态联盟内企业之间流转。敏捷任务的变化实现快速重组,从本质上讲,这种重组实制造系统的重构目标应当使这种流转次数最少,成际上是制造资源的重新分配和组合。制造系统重构本最低。技术就是研究如何实现资源优化组合的方法,它是(3)除了工件运输成本外,制造资源的异地分布敏捷制造的关键技术之一。也增加了制造系统间协调管理的难度,同时,分布在不同地理位置的各种信息在传输、交换和管理时也1影响敏捷制造系统构建的因素需要消耗额外的费用。因此,敏捷制造系统重构时对于一般制造单元的构建,国际上已提出不少还要考虑工件在系统内流转时所增加的额外管理费[3][4][5]策略和方法,如数学规划方法、遗传算法和分用。[6
4、]步策略等,但这些策略和方法无法完全满足敏捷(4)在新的生产任务来临、需要重构敏捷制造系制造系统重构的需要。这是因为影响敏捷制造系统统时,只知道分散在动态联盟内部的可利用资源集,重构与影响传统制造单元重构的因素有明显区别:但不知道究竟是哪些具体的单个资源将被最后选(1)在敏捷制造模式下,当生产任务变化时,敏中;而在传统的制造单元重构时,参与重构的具体制捷制造系统的重构是对分布在不同地域的可用资源造资源是明确指定的。的重组,因此,工件在不同地区制造资源间的运输时(5)由于联盟内可利用资源的多样性,工件的加间和运输成本成为设计和重组敏捷制造系统方案时工路线可能有多种方案,同一种工件可以在不同
5、的必须考虑的一个重要因素;而传统的制造单元重构加工路线上实现,而工件在这些加工路线上加工数收稿日期:2003-05-28;修订日期:2003-03-31。基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(BK2001058);国防科技重点实验室基金项目(5145805010BQ0203)。作者简介:王志亮(1965-),男,南京理工大学机械工程学院CIMS研究所博士研究生。主要从事车间自动化技术、决策支持与网络化制造等研究。E-mail:amlzhang@mail.njust.edu.cn。728计算机集成制造系统第10卷量的多少,将会直接影响资源选择的结果,因此,敏必须有足够的加工能力完成分配的加
6、工任务。捷制造系统的重构是工件在多工艺路线情况下的重(2)运输时间约束构;而在传统的制造单元重构时,加工路线通常是单Pl=1,,,m,当i=1,,,P,j=1,,,Ri一的。时,若vk=1,,,t,使Mlsijk,Mqsij,k+1,则R为此,本文提出了如图1所示的重构敏捷制造Pi系统的模型。该模型实质上是在工件加工成本、运EEGijsijkXij[HMlMq。i=1j=1输时间(成本)及额外管理费用最小的情况下,确定敏捷制造模式下的制造资源可能分散在不同的工件沿可行路径的加工数量,完成制造设备的选择,地域,因此,资源间运输时间必须满足特定加工任务重新组合制造资源,从而实现敏捷制造系
7、统的重构。对运输时间的要求。(3)资源成组约束CmaxPi=1,,,m,EYMl=1。il=1任何制造资源只能在所有成组单元的某一单元中出现一次。(4)资源数量约束MPl=1,,,Cmax,EYMil[NC。i=1任一单元内资源总数不超过准许的最大资源数2敏捷制造系统构建的实现算法量。(5)工件数量约束在敏捷制造系统重构中,制造资源选择与系统Ri构建的算法可描述为:针对给定的、具有多种加工路Pi=1,,,P,EXij=Ni。j=1线
