1、刀具流調度是柔性制造系統(tǒng)(FMS)調度的重要組成部分,FMS的生產效率和系統(tǒng)柔性在很大程度上取決于刀具流的合理規(guī)劃。當前刀具流的調度理論與算法還十分有限,實際運行中的刀具流自動化水平也較低,這種現(xiàn)狀已經在較大程度上影響了FMS生產能力的進一步發(fā)揮,因此,為了提高系統(tǒng)的總體加工性能和充分發(fā)揮FMS本身的柔性,進行更深入的刀具流調度研究具有重要的理論價值和實際意義。
　　 本文以FMS中刀具流調度為研究對象,分析了刀具流動態(tài)調度研究

2、的必要性,回顧了刀具流調度理論的研究現(xiàn)狀,研究了FMS生產中工序備刀與工步備刀兩種情況下的刀具流調度問題,并對刀具流調度過程中的死鎖檢測和死鎖避免等關鍵技術問題進行了深入分析。
　　 首先,結合面向對象技術和Petri網理論分別為FMS生產中的工序備刀情況和工步備刀情況建立了調度仿真模型。該模型不僅包括了工件流,同時還重點考慮了刀具流進程,并將機床故障與刀具失效作為一個組成部分包括進來,從而準確方便地描述了考慮刀具流的FMS運行

3、各個環(huán)節(jié),為后續(xù)的刀具流啟發(fā)式調度研究奠定了基礎。
　　 其次,在以往工序備刀前提下的刀具流無死鎖調度工作基礎上,進一步將刀具壽命考慮進來,從而豐富和完善了現(xiàn)有刀具流相關調度理論與技術。采用圖論方法建立了擴展的刀具申請分配圖,并將其和刀具流死鎖聯(lián)系起來,從圖論角度深刻揭示了刀具流死鎖本質。在擴展的刀具申請分配圖基礎上,建立了刀具流死鎖判定定理和非死鎖圖的性質定理。提出了兩層死鎖避免策略,分別用于機床選工序和刀具分派兩模塊的死鎖控

4、制,實例分析表明了該策略的合理性和可行性。
　　 在刀具分派決策中充分考慮了刀具流對工件流效率的影響,提出了目標機床當前加工完成時間最早規(guī)則。實驗結果表明該規(guī)則能夠有效地減少機床的刀具等待時間,提高了系統(tǒng)的生產效率。將兩層死鎖避免策略與調度規(guī)則相結合,最終建立了工序備刀下的刀具流無死鎖啟發(fā)式調度算法,并給出了刀具失效的處理策略,仿真結果表明了該算法的有效性。
　　 在完成了工序備刀下的刀具流研究之后,基于圖論方法深入研究

5、了工步備刀前提下刀具流的無死鎖調度問題。建立了刀具流狀態(tài)演變模型,給出了刀具流死鎖狀態(tài)及無死鎖不安全狀態(tài)的定義。構建了刀具資源分派圖并提出了機床死鎖的概念,將機床死鎖與刀具流的無死鎖不安全狀態(tài)有機聯(lián)系起來,設計了一種刀具流無死鎖不安全狀態(tài)檢測算法,并在此基礎上進一步給出了刀具流的死鎖避免方法。實例表明該方法能夠簡單有效地避免死鎖的產生。
　　 在刀具分派決策研究中提出了虛擬機床隊列思想,并將其與死鎖避免方法相結合,最終構建了工步

6、備刀下的刀具流無死鎖啟發(fā)式調度算法,并對調度過程中的刀具失效給出了相應的處理策略,解決了工步備刀下的刀具流死鎖避免和刀具實時分派問題。
　　 在完成了工步備刀下的刀具流無死鎖啟發(fā)式調度研究之后,進一步從全局優(yōu)化角度分析了刀具流調度問題。以系統(tǒng)完工時間最少為優(yōu)化目標,建立了工件流和刀具流綜合調度數學模型。提出了一種雙重遺傳算法對優(yōu)化模型進行求解:外層遺傳算法用于求解可行工序加工序列;內層遺傳算法用于最優(yōu)可行刀具分派方案的搜索。實例

7、分析表明了雙重遺傳算法的有效性和可行性。為使調度系統(tǒng)能夠有效處理機床故障和刀具破損等突發(fā)事件的再調度問題,進一步給出了一類基于雙重遺傳算法的準靜態(tài)優(yōu)化再調度方法。
　　 最后,建立了各類算法的仿真調度程序,對各算法下系統(tǒng)的性能指標進行了比較和綜合評價,仿真分析結果表明所建立的工序備刀下的啟發(fā)式調度算法和工步備刀下的啟發(fā)式調度算法及優(yōu)化調度算法是可行而有效的。這些調度理論與算法的提出為FMS的設計和運行提供了依據,為實際生產中FM