【正文】 學 位 論 文基于固高FMS的控制系統(tǒng)設計 申請學位級別 碩士 專業(yè)名稱 控制理論與控制工程 學位授予單位和日期 南 京 理 工 大 學 答辯委員會主席 評閱人 注1：注明《國際十進分類法UDC》的類號。聲 明本學位論文是我在導師的指導下取得的研究成果，盡我所知，在本學位論文中，除了加以標注和致謝的部分外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得任何教育機構的學位或?qū)W歷而使用過的材料。與我一同工作的同事對本學位論文做出的貢獻均已在論文中作了明確的說明。研究生簽名： 年 月 日 學位論文使用授權聲明南京理工大學有權保存本學位論文的電子和紙質(zhì)文檔，可以借閱或上網(wǎng)公布本學位論文的部分或全部內(nèi)容，可以向有關部門或機構送交并授權其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學位論文的部分或全部內(nèi)容。對于保密論文，按保密的有關規(guī)定和程序處理。研究生簽名： 年 月 日 碩士論文 基于固高FMS的控制系統(tǒng)設計摘 要柔性制造系統(tǒng)（FMS）是一套以計算機控制為核心的、可以完成生產(chǎn)、加工和儲存等工作的自動化系統(tǒng)。隨著科學技術的發(fā)展，F(xiàn)MS被廣泛地應用于制造業(yè)當中。為了讓學生能夠接觸工業(yè)現(xiàn)場的設備，認識工業(yè)現(xiàn)場設備的組織形式和控制形式，實驗室購置了一套固高公司的FMS系統(tǒng)，本文主要基于該設備的硬件系統(tǒng)，對部分控制模塊和系統(tǒng)管理軟件進行研究和改進。本文主要工作包括以下幾個方面：⑴ 作業(yè)調(diào)度方面：設計開發(fā)了立體倉庫管理系統(tǒng)中的復雜作業(yè)功能，包括一鍵入/出庫作業(yè)，揀選作業(yè)功能，可以一次完成多個連續(xù)的倉儲任務，提高了倉儲效率。⑵ 算法方面：對于系統(tǒng)新增的揀選作業(yè)，將其抽象為典型的TSP問題，并利用三種現(xiàn)代優(yōu)化調(diào)度算法對該問題進行仿真研究，結果表明蟻群算法調(diào)度效果最好。運用蟻群算法得到揀選作業(yè)單，節(jié)省了系統(tǒng)揀選作業(yè)的時間。⑶ 系統(tǒng)控制方面：基于MATLAB軟件平臺，對堆垛機速度控制系統(tǒng)進行了仿真研究，分析了PID調(diào)節(jié)器各參數(shù)對速度性能的影響，得到了理論上的較好參數(shù)。⑷ 監(jiān)控管理方面：設計了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了報表的查詢打印功能，并對系統(tǒng)的監(jiān)控界面進行改進設計。關鍵詞：FMS，自動化立體倉庫，蟻群算法，堆垛機控制系統(tǒng)67AbstractFlexible Manufacturing Systems(FMS) is the automation system cored on puter control, which can be employed to acplish multiple tasks such as production, processing, storage of the products and so on. With the development of science and technology, FMS is widely applied in manufacture. In order to make students facile understand and then prehend the organization and control modus of real industrial equipment, a set of FMS system from Gugao pany has been introduced here to show how it works. Based on the hardware of the system, this thesis focuses on the research on analyzing and substantially improving the storage of current input estimation algorithm. The main contents of the thesis are as follows:(1) Job scheduling: The plex job scheduling function of Management System was designed, which includes some automation task and the picking function. It can also plete the multiple tasks at the same time and greatly improve the efficiency of the system.(2) Algorithm of the system: The new selecting function is abstracted as a typical TSP problem. Three modern scheduling algorithms are used in the simulation research of this problem. The results show that the simulation research of ant colony algorithm scheduling is the best. By using ant colony algorithm method, the list of the chosen homework assignments is obtained and the time is also saved in the picking (selecting process) of the system.(3) Control system: based on software platform of MATLAB, the simulation analysis for stacker speed control system as been carried out. Meanwhile, the study of PID adjustor parameters on the performance of speed has been performed and the theoretical optimization has been achieved.(4) Monitoring and management system: the database of the system has been designed, the inquiry and print function of reports is achieved, and the monitor system interface is improved.Keywords: FMS, Automated Multilayered Storehouse, The Ant Colony Algorithm, Stacker Control System目 錄摘 要 IAbstract III1 緒論 1 柔性制造系統(tǒng)概述 1 柔性制造系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2 柔性制造系統(tǒng)的基本組成 3 本文研究內(nèi)容及組織結構 32 固高FMS介紹及系統(tǒng)改進方向 5 系統(tǒng)硬件介紹 6 自動化立體倉庫 6 堆垛機 6 微型輸送線 7 AGV輸送系統(tǒng) 8 上下料機械臂 8 雕刻機 8 系統(tǒng)功能 9 入庫操作 9 出庫操作 10 移庫操作 10 調(diào)庫功能 10 雕刻功能 10 AGV取貨功能 11 系統(tǒng)改進方向 11 小結 123 立體倉庫調(diào)度算法的研究 13 自動化立體倉庫簡介 13 幾種常用的現(xiàn)代調(diào)度算法 15 調(diào)度策略 15 幾種現(xiàn)代調(diào)度算法介紹 15 現(xiàn)代調(diào)度算法的仿真實現(xiàn) 18 基于遺傳算法的分析 18 算法設計 19 仿真結果分析 21 基于蟻群算法的分析 22 算法分析 22 仿真結果分析 24 基于模擬退火算法的分析 26 算法分析 26 仿真結果 26 仿真結果 27 算法比較 27 小結 274 柔性制造系統(tǒng)主要功能模塊的設計 29 立體倉庫的多任務功能設計 29 單任務作業(yè)介紹 29 單任務入庫管理系統(tǒng) 29 單任務出庫管理系統(tǒng) 31 復雜作業(yè)功能的設計 32 一鍵入庫功能的設計 32 一鍵出庫功能的設計 33 揀選入/出庫操作功能的設計 34 堆垛機控制系統(tǒng)的研究 37 堆垛機控制系統(tǒng)的結構 37 堆垛機的控制 39 堆垛機的定位方式 39 堆垛機的速度控制 40 系統(tǒng)速度控制器的設計 40 堆垛機速度控制的仿真研究 41 堆垛機速度控制的實現(xiàn) 43 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及報表打印功能設計 46 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的構建 46 查詢打印功能的設計 48 小結 495 系統(tǒng)的綜合運行 51 多任務作業(yè)的實現(xiàn) 51 一鍵入庫作業(yè) 53 一鍵出庫作業(yè) 54 揀選作業(yè) 55 數(shù)據(jù)管理和查詢功能 56 小結 576 總結與展望 59 總結 59 展望 59致 謝 61參考文獻 631 緒論 柔性制造系統(tǒng)概述柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System，簡稱FMS），由物料自動儲運系統(tǒng)和計算機信息控制系統(tǒng)組合成的整體。它能夠適應加工對象不斷變換的機械制造自動化系統(tǒng)，因為它由統(tǒng)一的一組數(shù)字控制加工設備、信息控制系統(tǒng)和物料儲運系統(tǒng)組成[1]。柔性制造系統(tǒng)具有部分生產(chǎn)管理和加工制造的功能，能夠進行機械加工、裝配和質(zhì)量檢驗、毛坯制造等，可以有效地提高企業(yè)的生產(chǎn)和管理效益。80年代中期使用的FMS，基本上只是用于切削加工，少部分應用于沖壓和焊接，而現(xiàn)在的FMS已經(jīng)成為了在批量切削加工中以先進的自動化和高水平的柔性為目標的制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)能夠高效、高質(zhì)量地進行多種零件的加工，一般可以從以下三個方面對它進行描述[1]：l 是一個計算機控制的生產(chǎn)系統(tǒng)；l 系統(tǒng)采用半獨立的NC(Numerical Control)機床；l 這些機床通過物料輸送系統(tǒng)聯(lián)成一體。柔性制造是在計算機支持下，能適應加工對象變化的制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)有以下三種類型[2]：l 柔性制造單元柔性制造單元（Flexible Manufacture Cell，簡稱FMC）是由一臺或數(shù)臺數(shù)控機床構成的加工中心構成的加工單元。該單元可以通過自動換刀具來加工不同的產(chǎn)品。柔性制造單元的設備具有較大的柔性，不過加工和人員柔性低?？梢院芎玫丶庸ば螤顝碗s但工序簡單，小批量，工時較長的零件。l 柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)是以加工中心或數(shù)控機床為基礎，另外配備合適的傳送物料裝置而組成的生產(chǎn)系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)適合加工工序多，形狀復雜，大批量的零件。其加工和物料傳送柔性大，但人員柔性較低。該系統(tǒng)能在不停機的狀況下，通過計算機自動地控制不同品種產(chǎn)品的加工。l 柔性自動生產(chǎn)線柔性自動生產(chǎn)線是聯(lián)接多臺專用機床，再配備合適的自動運送裝置而組成的自動生產(chǎn)線。它可以加工較大批量規(guī)格不同的零件。柔性自動生產(chǎn)線在柔性程度高的時候可以接近于批量小、品種多生產(chǎn)用的柔性制造系統(tǒng)，柔性程度低的時候，它在性能上接近大批量生產(chǎn)用的自動生產(chǎn)線。 柔性制造系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀自1954年第一臺數(shù)字控制銑床在美國麻省理工學院誕生以來，機械加工行業(yè)從單臺數(shù)控機床的應用逐漸發(fā)展為具有加工中心、柔性制造單元的柔性制造系統(tǒng)和計算機集成的制造系統(tǒng)，實踐表明自動化系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展[3]。1967年，英國莫林斯公司首次根據(jù)威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系統(tǒng)24”。其主要設備是六臺模塊化結構的多任務序數(shù)控機床，目的是在無人看管的條件下，實現(xiàn)晝夜24小時連續(xù)加工，但最終由于經(jīng)濟和技術上的困難而未全部建成。同年，美國的懷特森斯特蘭公司建成Omniline I系統(tǒng)，它由八臺加工中心和兩臺多軸鉆床組成，工件被裝在托盤上的夾具中，按固定順序以一定節(jié)拍在各機床間傳送和進行加工。這種柔性自動化設備適于在少品種、大批量的生產(chǎn)中使用，在形式上與傳統(tǒng)的自動生產(chǎn)線相似，所以也叫柔性自動線。日本，前蘇聯(lián)和德國等也都在60年代末至70年代初，先后開展了FMS的研制工作。　　1976年，日本發(fā)那科公司展出了由加工中心和工業(yè)機器人組成的柔性制造單元，為發(fā)展FMS提供了重要的依據(jù)。柔性制造單元一般由1～2臺數(shù)控機床與物料傳送裝置組成，有獨立的工件儲存站和單元控制系統(tǒng)，能在機床上自動裝卸工件，甚至自動檢測工件，可實現(xiàn)有限工序的連續(xù)生產(chǎn)，適于多品種小批量生產(chǎn)應用。　　70年代末期，F(xiàn)MS在技術上和數(shù)量上都有較大發(fā)展，80年代初期的FMS進入實用階段，其中由3～5臺設備組成的FMS最多，但也有規(guī)模更龐大的系統(tǒng)投入使用。1982年，日本發(fā)那科公司建成自動化電機加工車間，由60個柔性制造單元（包括50個工業(yè)機器人）和一個立體倉庫組成，另有兩臺自動引導臺車傳送毛坯和工件，此外還有一個無人化電機裝配車間，它們都能連續(xù)24小時運轉(zhuǎn)。這種自動化和無人化車間，是向?qū)崿F(xiàn)計算機集成的自動化工廠邁出的重要一步。與此同時，還出現(xiàn)了若干僅具有FMS基本特征，但自動化程度不很完善的經(jīng)濟型F