【正文】 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。 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。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 FMS，使 FMS 的 設(shè)計 思想和技 術(shù) 成就得到普及 應(yīng) 用。 FMS 兼 顧 了生 產(chǎn) 率和 靈 活性，因此它具有生命力，從 而得到了 廣泛 的使用。柔性制造系統(tǒng)的信息網(wǎng)絡(luò)模型可以分為五層 [1]： ? 計劃層：包括產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、庫存管理和生產(chǎn)計劃等，屬于工廠 一級； ? 管理層：包括作業(yè)計劃、在制品及毛坯管理、工具管理和工藝系統(tǒng)分析等，這 是屬于車間和系統(tǒng)的管理級； ? 單元層：包括分布式數(shù)控、運輸系統(tǒng)和加工系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，數(shù)據(jù)采集和工況等， 這是系統(tǒng)控制級； ? 設(shè)備控制層：指設(shè)備的控制級，主要包括各機器人控制、機床數(shù)控、倉儲控制 和運輸?shù)龋? ? 動作執(zhí)行層：通過伺服系統(tǒng)的控制命令來控制機械運動，或者是通過傳感器采 集到的信號來控制數(shù)據(jù)等。 本文主要基于原 設(shè)備 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 進設(shè)計 ，具體包括堆垛機控制系 統(tǒng)、 立體 倉庫調(diào) 度算法、作 業(yè) 管理系 統(tǒng)等 ?；?TSP（ Traveling Salesman Problem） 模型，利用 MATLAB 軟 件 實現(xiàn)了 上述三種 調(diào) 度算法仿真。 第六章 總結(jié)與展望。 該立體倉庫由 4 層 6 列立體貨架， 1 臺巷道有軌堆垛機以及一套出入庫輸送設(shè)備組成。 堆垛機的高精度定位、速度控制采用先 進 的 變頻 技 術(shù) 和 雙 閉環(huán) 控制系 統(tǒng) 。 Y 方向采 用鏈條鏈輪傳動 形式，配以 蝸輪蝸 桿 減 速機，使用一 個 750W 交流伺服 電 機 驅(qū)動 。 皮帶輸2 固高 FMS介紹及系統(tǒng)改進方向 碩士論文 8 送 線 利用 馬達(dá)驅(qū)動 ，可采用 電 磁 調(diào)速 或 變頻調(diào)速 方式 進 行 線 體速度在 設(shè)計調(diào)速 范 圍內(nèi) 的連續(xù) 任 意調(diào)節(jié) 。 雕刻機 雕刻機是集雕、刻 、銑、削為 一體的多功能機床，既可作 為通 用雕刻 設(shè)備 ，采用CAD/CAM 技 術(shù)進 行雕刻加工和雕刻 工藝實驗 等教 學(xué) 研究工作。 ? 輔 助工具，有 夾 具以及清潔刷等。取 到貨 物之后，堆垛機上面的 傳 感器便可以 檢測 到信 號 ，然后堆垛機 開始運 行，運 行至指定 貨 位后，伸出 貨 叉， 將貨 物放到指定 貨 位后，收回 貨 叉， 從 而完成指定入 庫操作。 用戶可以根據(jù)自己的需要，對需要進行移庫的貨 物進行選址。再將貨位 B 上面的物品搬運到貨位 C 上面。當(dāng)次品出庫后，小車到出庫線的機械手臂處，由機械手臂將托盤吸住，放置到小車上面。 對該設(shè)備的控制系統(tǒng)進行改進， 添加復(fù)合作 業(yè) 任 務(wù) ， 加入 一 鍵入 /出 庫 作 業(yè) 和 揀選 作 業(yè) 。 本文研究了 堆垛機的高精度定位， 對堆垛機控制系統(tǒng)進行了分析，建立速度控制模型，利用 MATLAB進行仿真實驗 。碩士論文 基于固高 FMS 的控制系統(tǒng)設(shè)計 13 3 立體倉庫調(diào)度算法的研究 TSP問題 [8]是指一個商人欲到 n個城市推銷商品，每兩個城市 i和 j之 間的距離為 ijd ，如何選一條路徑使商人走遍所有城市后回至起點且所走路徑最短。本章就是基于 TSP 模型尋找最優(yōu)調(diào)度算法，使路徑最短。 根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，自動化立體倉庫有多種分類方式 [10]：按貨物存取形式，可以分為單元貨架式、移動貨架式和揀選貨架式；按建筑形式 [11]，可以分為整體式和分離式；按貨架構(gòu)造形式可分為單元貨位式、貫通式、水平循環(huán)式和垂直旋轉(zhuǎn) 式倉庫；按作用，可以分為生產(chǎn)性倉庫和流通性倉庫。 ? 出庫臺和入庫臺。 ? 控制系統(tǒng)。自動化物流系統(tǒng)在 90 年代后進入了迅猛發(fā)展的時期，并且伴隨著多家企業(yè)、科研院校以及高等院校的開發(fā)研究，自動化立體倉庫也得到了很快的發(fā)展。提高了貨物的存取效率。 ? 短任務(wù)優(yōu)先調(diào)度策略 短任務(wù)優(yōu)先調(diào)度策略就是對作業(yè)時間短的任務(wù)，優(yōu)先進入任務(wù)隊列，因此，堆垛機總是被任務(wù)隊列中的最短任務(wù)所占用。 ? 高 響應(yīng) 比優(yōu)先調(diào)度策略 高響應(yīng) 比優(yōu)先調(diào)度策略 [25]是把前面策略的動態(tài)優(yōu)先權(quán)的計算拿到該策略中的每個作業(yè)中，并確保每個作業(yè)的優(yōu)先級隨著等待時間的增加的時候并以速率 a 提高，這樣就能夠保證每個作業(yè)都會得到響應(yīng)。在進化的過程中，有性生殖的重要作用是保證后代的基因混合與重組。 幾種現(xiàn)代調(diào)度算法介紹 本文主要研究三種常用的現(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。 ? 高優(yōu)先權(quán)優(yōu)先調(diào)度策略 最短空閑時間優(yōu)先策略就是一種比較常用的高優(yōu)先權(quán)優(yōu)先調(diào)度策略。 碩士論文 基于固高 FMS 的控制系統(tǒng)設(shè)計 15 幾種常用的 現(xiàn) 代 調(diào) 度算法 調(diào)度策略 調(diào)度策略是如何安排合理的出入庫任務(wù)的順序，來減少出入庫作業(yè)的時間，提高貨物的出入庫效率。但是由于當(dāng)時是以單機為主，因此水平還不高。管理計算機承擔(dān)著重要的倉儲管理、在線控制和離線控制等功能。因此出、入庫站臺是臨時儲存物料，以便交接或轉(zhuǎn)載的裝置。其組成如下： ? 貨架。揀選作業(yè)，是指堆垛機接到指令后，根據(jù)生成的任務(wù)單來執(zhí)行任務(wù)，對于任務(wù)單上的所有的貨位，堆垛機要全部走一遍，且每個貨位不重復(fù)遍歷。當(dāng) ijd = jid 時稱為對稱 TSP。比較參數(shù)不同時的仿真圖，可以得出對運動控制器可設(shè)置的一組最優(yōu) PID 參數(shù)，對實際操作時有效的控制堆垛機的速度具有實際指導(dǎo)意義。 對 于 揀選 作 業(yè) 任 務(wù) ，可以把它抽象 為 TSP 模型， TSP 問題 是如何在最短走 過 所有的城市。 AGV 小車底部安裝了兩臺電機，由電機的轉(zhuǎn)速來控制小車的前進和轉(zhuǎn)彎。該加工設(shè)備選用的是固高公司的數(shù)控機床和 傳統(tǒng)的機械雕刻系統(tǒng)。本文研究平臺中的 立體倉庫是 I 型倉庫，可以滿足不同用戶對移庫操作的要求。首先堆垛機收到指令后，到目的倉位取貨，伸出貨叉，將貨物取出后收回貨叉。 程 序存 儲譯 碼數(shù) 據(jù)處 理插 補位 置控 制伺 服驅(qū) 動雕 刻 機反 饋零 件程 序 圖 雕刻機加工過程 系 統(tǒng) 功能 系 統(tǒng) 的功能主 要有倉儲 作 業(yè) 、加工和控制功能。用 戶 可利用 運動 控制器提供的底 層運動 函 數(shù)庫進 行 電 機 運動規(guī) 劃、控制及運動 控制系 統(tǒng)設(shè)計 方面的教 學(xué)實踐 ，可利用 CNC（ Computer Numerical Control： 計 算機數(shù) 字控制機床 ） 系 統(tǒng) 平臺 進 行 開 放式 數(shù) 控系 統(tǒng) 的 開發(fā) 和 數(shù) 控技 術(shù) 的研究 和教 學(xué) 。 90 度 轉(zhuǎn) 角機的作用是在生 產(chǎn) 流水 線之間 中轉(zhuǎn) 托 盤， 采用 轉(zhuǎn) 角氣缸和 單 相 AC220V 交流 電 機 驅(qū)動 。 微型 輸 送 線 該輸 送 線 是由表面氧化 鋁 型材和 進 口的防滑 皮帶設(shè)計 制造， 線 體可以按要求 組 合成各種 輸 送路 徑 ，如 單線 往返或 U 型 線。系 統(tǒng) 中提供：安全保 護 、程序 雙層 保 護 和 電 器 閉鎖 的安全功能；上位機下 達(dá)的 指令通 過 PLC 控制系 統(tǒng)來進 而控制堆垛機的 運 行，并完成存取 貨 物的任 務(wù) ；堆垛機有手 動 、自 動操 作方式； 還 可 實現(xiàn) 故障 報 警及故障 處 理。相關(guān)參數(shù)如表 所示。 碩士論文 基于固高 FMS 的控制系統(tǒng)設(shè)計 5 2 固高 FMS 介紹及系統(tǒng)改進方向 目前，傳統(tǒng)的實驗設(shè)備已經(jīng)無法滿足社會對畢業(yè)生在知識的廣度和深度方面的要求。 第四章 FMS 主要功能模塊的設(shè)計。 本文共分 為 六章， 結(jié) 構(gòu)安排如下： 第一章 緒論 。在系統(tǒng)運行的過程中，這些數(shù)據(jù)相互聯(lián)系，包括數(shù)據(jù)聯(lián)系、決策聯(lián)系和組織聯(lián)系等。主要包括系 統(tǒng)規(guī) 劃、系 統(tǒng)監(jiān)督 、 設(shè)計 和生 產(chǎn) 控制等部分。 國 家機 電 部“七五”重 點 科 技項目 的支持和 國 家 863 高技 術(shù)發(fā) 展 計 劃在自 動 化 領(lǐng) 域 的發(fā) 展使得 FMS 得到極大的重 視和發(fā) 展。 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。 它可以加工 較 大批 量規(guī) 格不同的零件。 該單 元可以通 過 自 動換 刀具 來 加工不同的 產(chǎn) 品。 ⑷ 監(jiān)控管理方面：設(shè)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(shè)計 。對于保密論文，按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。 研究生簽名： 年 月 日 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔，可以借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部內(nèi)容，可以向有關(guān)部門或機構(gòu)送交并授權(quán)其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部內(nèi)容。 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)。柔性制造系 統(tǒng)有 以下三 種類 型 [2]： ? 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(gòu)成的加工中心構(gòu)成的加工 單 元。 ? 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。 這 種柔性 自 動 化 設(shè)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。 FMS 系 統(tǒng) 在我 國的發(fā) 展比 較 晚，據(jù) 統(tǒng)計 ，我 國 在 1984 年 開始 研制 FMS，比 國 外晚了整整 17 年。 柔性制造系統(tǒng) 的基本 組 成 就機械制造 業(yè) 的柔性制造系 統(tǒng) 而言，其基 本組 成部分有： 軟 件系 統(tǒng) ： 軟 件系 統(tǒng) 是必不可少 的組 成部分，它可以保 證計 算機有效地控制柔性制造系 統(tǒng) 。 FMS 中有基本數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)這三種不同類型的數(shù)據(jù)。最后 將設(shè)計成 果 應(yīng) 用于系 統(tǒng) ，完成了 FMS 的綜 合 調(diào)試 。分析仿真 結(jié) 果，得到了適于本系 統(tǒng) 的最優(yōu) 調(diào) 度算法。對本文工作進行總結(jié)，提出了進一步研究的方向。自動化立體倉庫倉位編碼規(guī)定：從左到右，從下到上。 運 行起升機構(gòu)采用旋 轉(zhuǎn)編碼 器和光 電 定位伸叉。 Z 方向采用三 級貨 叉伸出形式， 貨 叉可以上升或下降， 來實現(xiàn)雙向 取出或放置 貨 物。本系 統(tǒng) 中的 皮帶在線 安 裝 了 3 個 歐姆龍 光 電 感 應(yīng)開關(guān)，當(dāng) 托 盤經(jīng)過這些開關(guān)的時 候，光 電 感 應(yīng)開關(guān) 可以 檢測 到信 號 ，并反饋 給 系 統(tǒng) ，然后根據(jù)中央控制 計 算機設(shè) 定的 虛擬 工位停留的 時間 控制 皮帶線 停下。也可作 為開 放式 數(shù) 控 設(shè)備 平臺使用。 雕刻機加工過程如圖 所示。 出 庫 操作 出庫操作和入庫操作的順序是相反的。移庫操作基本都是發(fā)生在一個巷道內(nèi)。 雕刻功能 雕刻模塊的功能是控制雕刻機的雕刻，在模塊上面可以雕刻成用戶所需要的產(chǎn)品。然后小車接受到 PLC 發(fā)來的信號 沿鋪設(shè)好的路線行至倉庫 后 貨物。 復(fù)雜作業(yè)可以一次完成多 個連續(xù)的倉儲 任 務(wù) ， 節(jié) 省 時間 ， 倉儲 效率得到提高。 實驗仿真了不同的 PID 參數(shù)下的電流和速度圖形。 TSP 可分為非對稱距離和對稱距離兩大類問題。 實踐表明，揀選 作業(yè)可提高自動化立體倉庫的工作效率。 自動化立體倉庫系統(tǒng)是由機械和電氣、強電控制和弱電控制相結(jié)合的產(chǎn)品。貨物 在入庫前先在入庫臺等待巷道堆垛機的取貨入貨；貨物 在出庫時先被巷道堆垛機從貨架上取出，通過輸送系統(tǒng)運送到出庫站臺上等待運出。本系統(tǒng)采用計算機控制和管理，不同的控制方式可以控制不同的自 動化立體倉庫。 1992 年清華大學(xué)建成了我國第一個CIMS 環(huán)境下的實驗工程物流系統(tǒng)，中科院沈陽自動化研究所開發(fā)研制了電磁導(dǎo)引自動車 [15]。美國的 RUSSELL 等人將 M=max(X,Y)的概率密度問題應(yīng)用到多貨叉堆垛機的貨物存取優(yōu)化策略方面，以達(dá)到減少貨物的存取時間最短 [21]。該策略的缺點是對長作業(yè)任務(wù)不利，在短任務(wù)總是優(yōu)先的情況下，長任務(wù)總是被放置到最后，而不考慮它進入任務(wù)隊列的時間 [23]。 對比以上的策略，高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度策略是一個比較好的策略，因為該策略首先通過優(yōu)先級照顧到了每個作業(yè)的優(yōu)先級別，又通過引入的響應(yīng)比 r 來確保了長作業(yè)最后也能夠得到響應(yīng)。到八十年代末期，隨著生物學(xué)的發(fā)展，由密歇安大學(xué)的 Holland[28,29]等