【正文】 Master 實現(xiàn)通訊 ， 輸 送線 控制 結(jié) 構(gòu) 如 圖 所示。 ? 先 進(jìn) 性：“ 運(yùn)動 控制器 +交流伺服 電 機(jī)”的方式是主 驅(qū)動 所采用的，它保 證 了堆 垛機(jī)具有定位精度高、速度快、噪音低的特 點(diǎn) 。 專用 的 運(yùn)動 控制器的核心是高性能的 DSP 和 FPGA 技 術(shù) ，核心的控制部件 為 固高公司研制的精密嵌入式四 軸運(yùn)動 控制器。該系統(tǒng)集光、機(jī)、 電、氣以及計算機(jī)信息技術(shù)為一體，具可開發(fā)性。針對原系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理過于簡單的問題，設(shè)計了 ACCESS 數(shù)據(jù)庫，增加了查詢打印報表功能。 第二章 固高 FMS 介 紹 及系 統(tǒng)改進(jìn) 方向。 本文研究 內(nèi) 容及 組織結(jié) 構(gòu) 先 進(jìn) 的 FMS 系 統(tǒng) 可以加 速資 金周 轉(zhuǎn) ，自 動 化管理物流，降 低勞動強(qiáng) 度。 物流系 統(tǒng) ：物流系 統(tǒng) 是柔性制造系 統(tǒng) 的主要 組 成部分，它由多種 運(yùn)輸裝 置如 傳 送 帶 、軌 道 轉(zhuǎn)盤 以及機(jī)械手等構(gòu)成，可以 實現(xiàn)對 工件、刀具等的供 給 與 傳 送。 1988 年 北京機(jī)床研究所完全自行 開發(fā) 的 為 天津減 速機(jī)廠配套提供的加工 減 速機(jī)座 JCSFMS2FMS FMS，也是我 國從 此 開始 具有自 主開發(fā) FMS 系 統(tǒng) 的 實 力的象征。柔性制造 單 元一般由 1～ 2 臺數(shù) 控機(jī)床與物料 傳 送 裝 置 組成，有 獨(dú) 立的工件 儲 存站和 單 元控制系 統(tǒng) ，能在機(jī)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(yīng) 用。 1 緒論 碩士論文 2 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(xué) 院 誕 生以 來 ，機(jī)械加工行 業(yè)從單臺數(shù) 控機(jī)床的 應(yīng)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(jī)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]?？梢院芎玫丶庸ば?狀 復(fù) 雜 但工序 簡單 ，小批量，工 時較長 的零件。它能 夠適應(yīng) 加工 對 象不 斷變換 的機(jī)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(shè)備、 信息控制系 統(tǒng) 和物料 儲運(yùn)系統(tǒng)組 成 [1]。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， FMS 被廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)當(dāng)中。 2 聲 明 本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的研究成果，盡我所知，在本學(xué)位論文中，除了加以標(biāo)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(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 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(jìn) 行仿真研究 ，結(jié)果表明蟻群算法調(diào)度效果最好。 柔性制造系 統(tǒng) 能 夠高效 、高 質(zhì) 量地 進(jìn) 行多種零件的加工，一般可以 從 以下三 個 方面對 它 進(jìn) 行描述 [1]： ? 是一個計算機(jī)控制的生產(chǎn)系統(tǒng)； ? 系 統(tǒng)采 用半 獨(dú) 立的 NC(Numerical Control)機(jī)床； ? 這 些機(jī)床通 過 物料 輸 送系 統(tǒng)聯(lián) 成一體。其加工和物料 傳 送柔性大，但人 員 柔性 較 低。同年，美國 的懷特 這 種自 動 化和 無 人化 車間 ，是向 實現(xiàn)計 算機(jī)集成的自 動 化工廠 邁 出的重要一步。 因 為 在保 證質(zhì) 量的前提下 ， 原 來 一些采用大批量自 動 化生 產(chǎn)線 的金 屬 制品企 業(yè) 已 經(jīng)開始 提高了碩士論文 基于固高 FMS 的控制系統(tǒng)設(shè)計 3 利 潤和 生 產(chǎn) 率， 這 也是 FMS 的優(yōu) 點(diǎn) 。因此，研究 FMS 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也是企業(yè)研究的一個重點(diǎn)。 為 了解 決 傳統(tǒng)實驗設(shè)備無法滿足社會對畢業(yè)生的要求這一問題，南京理工大學(xué)自動化學(xué)院購買了一套固高公司的 FMS 系統(tǒng)用于教學(xué)研 究。 對 常用的 調(diào) 度策略和三 種現(xiàn) 代優(yōu)化 調(diào) 度算法：遺傳 算法、 蟻 群算法和模 擬 退火算法 進(jìn) 行了重 點(diǎn) 介 紹 。 將設(shè)計 的控制模 塊 、系 統(tǒng)管 理 軟 件模 塊 、 調(diào) 度算法模 塊應(yīng) 用于固高 FMS，并 進(jìn) 行系 統(tǒng)的綜 合 運(yùn) 行，得到了 滿意 的控制效果。 圖 FMS 系統(tǒng)平面布局示意圖 柔 性 制 造 系 統(tǒng) （ F M S ）硬 件 平 臺軟 件 平 臺加 工 檢 測 單 元 物 流 倉 儲 單 元單 機(jī) 操 作 單 元 系 統(tǒng) 集 成 軟 件數(shù)控雕刻機(jī)激光內(nèi)雕機(jī)激光外雕機(jī)測量機(jī)編碼系統(tǒng)全自動立倉庫混合式流水線上下料機(jī)械臂堆垛控制系統(tǒng)倉庫管理系統(tǒng)激光雕刻系統(tǒng)數(shù)控雕銑系統(tǒng)WMS系統(tǒng)FMS調(diào)度系統(tǒng)MES系統(tǒng) 圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 2 固高 FMS介紹及系統(tǒng)改進(jìn)方向 碩士論文 6 系 統(tǒng) 硬件介 紹 自動化立體倉庫 自動化立體倉庫由機(jī)械、電氣、控制和管理系統(tǒng)等組成，它涵蓋了運(yùn)動控制技術(shù)、PLC 控制技術(shù)、檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技 術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代物流技術(shù)，是實現(xiàn)制造自動化和物流自動化系統(tǒng)的必備子系統(tǒng)。堆垛機(jī)具有三大機(jī)構(gòu)： 運(yùn) 行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)碩士論文 基于固高 FMS 的控制系統(tǒng)設(shè)計 7 構(gòu)、 貨 叉伸 縮 機(jī)構(gòu)。 X 方向采用 齒輪齒條傳動 形式， 配以行星 齒輪減 速器，使用 750W 交流伺服 電 機(jī) 驅(qū)動 。 皮帶輸 送 線 主要以普通布 帶 、 膠 布 帶 、尼 龍 平 膠帶 、 PVC(防 靜電 )輸 送 帶 和防 靜電 尼 龍 基網(wǎng) 帶為輸 送介 質(zhì)媒 體，一般用于 電 子 產(chǎn) 品或其它小型 產(chǎn) 品的 裝配 、 調(diào)試 、送料等生 產(chǎn)工藝 需求。 上下料機(jī)械臂 該 系 統(tǒng) 的機(jī)械手 臂為兩 自由度的機(jī)械手臂，可以 實現(xiàn)在輸 送 線進(jìn) 行出 庫 入 庫 操作 時對 特 定產(chǎn) 品的抓取操作。 ? 控制 PC， 這個 是雕刻機(jī)所有指令的下 達(dá) 中心，它包含控制雕刻機(jī)的 軟 件以及雕 碩士論文 基于固高 FMS 的控制系統(tǒng)設(shè)計 9 刻的 圖 形和文字等等， 負(fù)責(zé)對雕 刻機(jī) 進(jìn) 行控制。堆垛機(jī)行至入 庫 臺，伸出 貨 叉， 將托盤 托起后收回。移庫操作適用于以下幾種情況：當(dāng)對存貨區(qū)域進(jìn)行整理時，由于空貨位太多，將貨物集中放置；對貨物進(jìn)行分類整理時，對貨物進(jìn)行生產(chǎn)日期篩選，生產(chǎn)日期早的貨物靠近出庫臺放置，以防物品過期，這個在現(xiàn)實生活中經(jīng)常遇到。運(yùn)行的時候需要借助于另外一個空貨位，先把一個貨位 A 的物品搬運(yùn)到 空貨位 B 上面，然后再將另外一個貨位 C 上的貨物移至 A 上面。它由 PLC 上傳來的信號來控制啟停。 ? 倉儲 作 業(yè) ：系 統(tǒng) 可 以完成基本的 單 任 務(wù) 作 業(yè) ，如 單 任 務(wù) 入 /出 庫 、 移庫 和 調(diào)庫 等 功能， 單 任 務(wù) 作 業(yè) 一次只能完成一 個倉儲 任 務(wù) ，效率 較 低，消耗 時間較 多。堆垛機(jī)控制系 統(tǒng) 主要 實現(xiàn) 堆垛機(jī)的精確定位和速度控制。對系統(tǒng)各模塊的功能，包括出、入庫，雕刻等進(jìn)行了詳細(xì)的說明，針對原系統(tǒng)的一些不足以及可進(jìn)一步開發(fā)的功能，提出了后續(xù)課題研究的重點(diǎn)。其中 ),( 1?ii vvd 表示的是城市 iv 到 1?iv 之間的距離， ),( 1 nvvd 表示城市 1v 到 nv 之間的距離 。在飛速發(fā)展的科技信息時代，自動化立體倉庫能夠滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)要求以及物資的交流和倉儲的需要，是物流技術(shù)的一個很有意義的創(chuàng)新與改革。一般兩排高層貨架之間一般 留有 1~，來充當(dāng)堆垛機(jī)的軌道，堆垛機(jī)在巷道內(nèi)作來回運(yùn)動，其運(yùn)行方式有直線運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動，合起來可以有四個自由度，也有多達(dá)六個自由度 [12,13]。完成貨物入庫前的分類、集中。我國第一座自動化立體倉庫是于 1974 年在 鄭州紡織機(jī)械廠建成的。美國的 CHARLES J MALMBROG 對貨物的存取隊列的排序提出了基于泊松分布原理的方法 [20]。該策略的缺點(diǎn)是沒有優(yōu)先級，當(dāng)任務(wù)緊急的時候無法取得調(diào)度的優(yōu)先級 別，因此不利于長作業(yè)運(yùn)行 [22]。在任務(wù)的調(diào)度過程中，它的優(yōu)先權(quán)隨著任務(wù)的等待時間的增加而變化，從而有著更高的調(diào)度性能。自然界是這樣利用雜交和選擇相結(jié)合的方法來培養(yǎng)優(yōu)良品種的。 3 立體倉庫調(diào)度算法的研究 碩士論文 16 ? 遺傳算法 遺傳算法是 Holland 教授 [26]在 20 世紀(jì) 70 年代初期提出的，它主要借助生物進(jìn)化中的“適者生存”的規(guī)律 [27]。最短空閑時間優(yōu)先策略 (LSF)[24]，是指任務(wù)的空閑時間最短的作業(yè)優(yōu)先進(jìn)入任務(wù)隊列。在自動化立體倉庫的倉儲作業(yè)中，調(diào)度策略是指：根據(jù)自動化立體倉庫的堆垛機(jī)分配策略所規(guī)定的堆垛機(jī)分配策略。 目前，自動化倉庫已經(jīng)進(jìn)入了 智能 儲運(yùn)技術(shù)階段 [16]。當(dāng)然也可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 ? 輸送系統(tǒng)。一般由鋼鐵結(jié)構(gòu)構(gòu)成儲存商品的單元格，單元格內(nèi)存放托盤貨物。類似于一個典型的 TSP 問題，立體倉庫中需進(jìn)行揀選作業(yè)的貨位可看作旅行商所要到達(dá)的城市。反之，則稱為非對稱距離 TSP。 ? 倉庫信息管理系統(tǒng)：在原系統(tǒng)中，無法實現(xiàn)查詢打印 報表的功能，只能夠?qū)崿F(xiàn) 入 /出庫操作過程中簡單的資料統(tǒng)計。 應(yīng) 用 遺傳 算法、 蟻群算法和模 擬 退火算法等 現(xiàn) 代優(yōu)化 調(diào) 度算法， 編 程 實現(xiàn) ， 將 程序生成的最優(yōu)路 徑儲 存 為任 務(wù)單 。 系統(tǒng)改進(jìn)方向 高效率的控制系 統(tǒng) 可以提高生 產(chǎn) 效率和 倉儲 的自 動 化水平，控制系 統(tǒng)就 相 當(dāng) 于 FMS的大腦，其性能的好壞決定了 FMS 系統(tǒng)的優(yōu)劣。它采用傳統(tǒng)的切削式碩士論文 基于固高 FMS 的控制系統(tǒng)設(shè)計 11 加工方法進(jìn)行雕刻。 調(diào)庫功能 調(diào)庫模塊可以實現(xiàn)倉庫 中兩個不同貨位上物品的位置轉(zhuǎn)換。取貨后堆垛機(jī)上的傳感器便可檢測到信號，然后堆垛機(jī)開始運(yùn)行，運(yùn)行至出庫臺后，將貨物放到出庫臺后，收回貨叉并收回。原系 統(tǒng) 的控制 界面 如 圖 所示，從圖 中可以看出系 統(tǒng) 能 夠?qū)崿F(xiàn) 的功能，下面作 詳細(xì) 介 紹 。 雕刻機(jī)通過計算機(jī)來進(jìn)行控制，其硬件包括以下部分： ? 雕刻機(jī)主機(jī)，雕刻機(jī)是 該 系 統(tǒng) 的重要部分，雕刻機(jī)上面安 裝 的刀具可 以對產(chǎn) 品 完成 圖 形雕刻的功能。 AGV 輸 送系 統(tǒng) 自 動導(dǎo) 引 車輛 (Automated Guided Vehicle， 簡稱 AGV)是一種 無 人操 縱 的自 動 化 運(yùn)輸設(shè)備 ，它能承 載 一定的重量在出 發(fā) 地和目的地 之間進(jìn) 行自主 駕駛 、自 動運(yùn) 行，是自 動 化物流 運(yùn)輸 系 統(tǒng)、 柔性生 產(chǎn)組織 系 統(tǒng) 的核心 裝 置 [6]。 輸 送 線 的控制方式 為 “ PLC+電 機(jī) 減 速控制”。 堆垛機(jī)的特性： ? 安全性：硬件限位、 軟 件限位和碰撞 緩沖擋塊 三 層 保 護(hù) 保 證 了 設(shè)備 的安全 運(yùn) 行。 表 自 動 化立體 倉庫 的相 關(guān)參數(shù) 名 稱 規(guī) 格 倉庫尺寸 180mm 120mm 120mm 倉庫數(shù)量 4 層 6 格 24 個 輸入電壓 AC220V50Hz 最大速度 30m/min 單位載重 2Kg 控制方式 運(yùn)動控制器 +交流伺服電機(jī) 運(yùn)行模式 可獨(dú)立 運(yùn)行或遠(yuǎn)程監(jiān)控 自 動 化立體 倉庫 的主 驅(qū)動 采用 運(yùn)動 控制器 +交流伺服 電 機(jī)方式，具有噪音低、速度快、定位精度高等特 點(diǎn) 。為了讓學(xué)生能夠接觸工業(yè)現(xiàn)場的真實設(shè)備，認(rèn)識設(shè)備的組織形式和控制形式，掌握制造工業(yè)的先進(jìn)運(yùn)動控制技術(shù)和數(shù)控技術(shù)等重要知識，我校自動化學(xué)院購進(jìn)了一套深圳固高科技有限公司研制的 FMS 設(shè)備 。設(shè)計添加了復(fù)合作業(yè)功能，并應(yīng)用蟻群算法得到揀選作業(yè)的任務(wù)單。 對 柔性制造系 統(tǒng) 的基本概念、 發(fā) 展 現(xiàn)狀 和研究意 義進(jìn) 行了全面 綜 述，介 紹 了本文的研究 內(nèi) 容 和組織結(jié) 構(gòu)。因此， FMS 是在計算機(jī)的管理下，通過這三種聯(lián)系，將制造過程的信息流構(gòu)成一個有 反饋 的回路，最終實現(xiàn)自動控制的過程。 信息系 統(tǒng) ：信息系 統(tǒng) 是指通 過電 子 計 算機(jī)或其它控制 裝 置如液