【正文】 JCSFMS2FMS FMS，也是我國(guó)從此開(kāi)始具有自主開(kāi)發(fā)FMS系統(tǒng)的實(shí)力的象征。國(guó)家機(jī)電部“七五”重點(diǎn)科技項(xiàng)目的支持和國(guó)家863高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃在自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展使得FMS得到極大的重視和發(fā)展。與此同時(shí)，還出現(xiàn)了若干僅具有FMS基本特征，但自動(dòng)化程度不很完善的經(jīng)濟(jì)型FMS，使FMS的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)成就得到普及應(yīng)用。1982年，日本發(fā)那科公司建成自動(dòng)化電機(jī)加工車(chē)間，由60個(gè)柔性制造單元（包括50個(gè)工業(yè)機(jī)器人）和一個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)組成，另有兩臺(tái)自動(dòng)引導(dǎo)臺(tái)車(chē)傳送毛坯和工件，此外還有一個(gè)無(wú)人化電機(jī)裝配車(chē)間，它們都能連續(xù)24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。柔性制造單元一般由1～2臺(tái)數(shù)控機(jī)床與物料傳送裝置組成，有獨(dú)立的工件儲(chǔ)存站和單元控制系統(tǒng)，能在機(jī)床上自動(dòng)裝卸工件，甚至自動(dòng)檢測(cè)工件，可實(shí)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。日本，前蘇聯(lián)和德國(guó)等也都在60年代末至70年代初，先后開(kāi)展了FMS的研制工作。森斯特蘭公司建成Omniline I系統(tǒng)，它由八臺(tái)加工中心和兩臺(tái)多軸鉆床組成，工件被裝在托盤(pán)上的夾具中，按固定順序以一定節(jié)拍在各機(jī)床間傳送和進(jìn)行加工。其主要設(shè)備是六臺(tái)模塊化結(jié)構(gòu)的多任務(wù)序數(shù)控機(jī)床，目的是在無(wú)人看管的條件下，實(shí)現(xiàn)晝夜24小時(shí)連續(xù)加工，但最終由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的困難而未全部建成。 柔性制造系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀自1954年第一臺(tái)數(shù)字控制銑床在美國(guó)麻省理工學(xué)院誕生以來(lái)，機(jī)械加工行業(yè)從單臺(tái)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(jì)算機(jī)集成的制造系統(tǒng)，實(shí)踐表明自動(dòng)化系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展[3]。它可以加工較大批量規(guī)格不同的零件。該系統(tǒng)能在不停機(jī)的狀況下，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)地控制不同品種產(chǎn)品的加工。柔性制造系統(tǒng)適合加工工序多，形狀復(fù)雜，大批量的零件。可以很好地加工形狀復(fù)雜但工序簡(jiǎn)單，小批量，工時(shí)較長(zhǎng)的零件。該單元可以通過(guò)自動(dòng)換刀具來(lái)加工不同的產(chǎn)品。柔性制造是在計(jì)算機(jī)支持下，能適應(yīng)加工對(duì)象變化的制造系統(tǒng)。80年代中期使用的FMS，基本上只是用于切削加工，少部分應(yīng)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(jìn)的自動(dòng)化和高水平的柔性為目標(biāo)的制造系統(tǒng)。它能夠適應(yīng)加工對(duì)象不斷變換的機(jī)械制造自動(dòng)化系統(tǒng)，因?yàn)樗山y(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(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)組成[1]。⑷ 監(jiān)控管理方面：設(shè)計(jì)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了報(bào)表的查詢打印功能，并對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控界面進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。運(yùn)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(shí)間。本文主要工作包括以下幾個(gè)方面：⑴ 作業(yè)調(diào)度方面：設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了立體倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)中的復(fù)雜作業(yè)功能，包括一鍵入/出庫(kù)作業(yè)，揀選作業(yè)功能，可以一次完成多個(gè)連續(xù)的倉(cāng)儲(chǔ)任務(wù)，提高了倉(cāng)儲(chǔ)效率。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)MS被廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)當(dāng)中。對(duì)于保密論文，按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。與我一同工作的同事對(duì)本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明。分類(lèi)號(hào) 密級(jí) UDC注1 學(xué) 位 論 文基于固高FMS的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（題名和副題名）指導(dǎo)教師姓名 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 碩士 專業(yè)名稱 控制理論與控制工程 論文提交日期 論文答辯日期 學(xué)位授予單位和日期 答辯委員會(huì)主席 評(píng)閱人 2010 年 5月24日注1：注明《國(guó)際十進(jìn)分類(lèi)法UDC》的類(lèi)號(hào)。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(guò)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(guò)的材料。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?jī)?nèi)容，可以向有關(guān)部門(mén)或機(jī)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?jī)?nèi)容。研究生簽名： 年 月 日 碩士論文 基于固高FMS的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要柔性制造系統(tǒng)（FMS）是一套以計(jì)算機(jī)控制為核心的、可以完成生產(chǎn)、加工和儲(chǔ)存等工作的自動(dòng)化系統(tǒng)。為了讓學(xué)生能夠接觸工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，認(rèn)識(shí)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的組織形式和控制形式，實(shí)驗(yàn)室購(gòu)置了一套固高公司的FMS系統(tǒng)，本文主要基于該設(shè)備的硬件系統(tǒng)，對(duì)部分控制模塊和系統(tǒng)管理軟件進(jìn)行研究和改進(jìn)。⑵ 算法方面：對(duì)于系統(tǒng)新增的揀選作業(yè)，將其抽象為典型的TSP問(wèn)題，并利用三種現(xiàn)代優(yōu)化調(diào)度算法對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行仿真研究，結(jié)果表明蟻群算法調(diào)度效果最好。⑶ 系統(tǒng)控制方面：基于MATLAB軟件平臺(tái)，對(duì)堆垛機(jī)速度控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究，分析了PID調(diào)節(jié)器各參數(shù)對(duì)速度性能的影響，得到了理論上的較好參數(shù)。關(guān)鍵詞：FMS，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，蟻群算法，堆垛機(jī)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(guó)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?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu) 32 固高FMS介紹及系統(tǒng)改進(jìn)方向 5 系統(tǒng)硬件介紹 6 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 6 堆垛機(jī) 6 微型輸送線 7 AGV輸送系統(tǒng) 8 上下料機(jī)械臂 8 雕刻機(jī) 8 系統(tǒng)功能 9 入庫(kù)操作 9 出庫(kù)操作 10 移庫(kù)操作 10 調(diào)庫(kù)功能 10 雕刻功能 10 AGV取貨功能 11 系統(tǒng)改進(jìn)方向 11 小結(jié) 123 立體倉(cāng)庫(kù)調(diào)度算法的研究 13 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn) 18 基于遺傳算法的分析 18 算法設(shè)計(jì) 19 仿真結(jié)果分析 21 基于蟻群算法的分析 22 算法分析 22 仿真結(jié)果分析 24 基于模擬退火算法的分析 26 算法分析 26 仿真結(jié)果 26 仿真結(jié)果 27 算法比較 27 小結(jié) 274 柔性制造系統(tǒng)主要功能模塊的設(shè)計(jì) 29 立體倉(cāng)庫(kù)的多任務(wù)功能設(shè)計(jì) 29 單任務(wù)作業(yè)介紹 29 單任務(wù)入庫(kù)管理系統(tǒng) 29 單任務(wù)出庫(kù)管理系統(tǒng) 31 復(fù)雜作業(yè)功能的設(shè)計(jì) 32 一鍵入庫(kù)功能的設(shè)計(jì) 32 一鍵出庫(kù)功能的設(shè)計(jì) 33 揀選入/出庫(kù)操作功能的設(shè)計(jì) 34 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的研究 37 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 37 堆垛機(jī)的控制 39 堆垛機(jī)的定位方式 39 堆垛機(jī)的速度控制 40 系統(tǒng)速度控制器的設(shè)計(jì) 40 堆垛機(jī)速度控制的仿真研究 41 堆垛機(jī)速度控制的實(shí)現(xiàn) 43 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)及報(bào)表打印功能設(shè)計(jì) 46 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建 46 查詢打印功能的設(shè)計(jì) 48 小結(jié) 495 系統(tǒng)的綜合運(yùn)行 51 多任務(wù)作業(yè)的實(shí)現(xiàn) 51 一鍵入庫(kù)作業(yè) 53 一鍵出庫(kù)作業(yè) 54 揀選作業(yè) 55 數(shù)據(jù)管理和查詢功能 56 小結(jié) 576 總結(jié)與展望 59 總結(jié) 59 展望 59致 謝 61參考文獻(xiàn) 631 緒論 柔性制造系統(tǒng)概述柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System，簡(jiǎn)稱FMS），由物料自動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)信息控制系統(tǒng)組合成的整體。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(jìn)行機(jī)械加工、裝配和質(zhì)量檢驗(yàn)、毛坯制造等，可以有效地提高企業(yè)的生產(chǎn)和管理效益。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(gè)方面對(duì)它進(jìn)行描述[1]：l 是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)系統(tǒng)；l 系統(tǒng)采用半獨(dú)立的NC(Numerical Control)機(jī)床；l 這些機(jī)床通過(guò)物料輸送系統(tǒng)聯(lián)成一體。柔性制造系統(tǒng)有以下三種類(lèi)型[2]：l 柔性制造單元柔性制造單元（Flexible Manufacture Cell，簡(jiǎn)稱FMC）是由一臺(tái)或數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床構(gòu)成的加工中心構(gòu)成的加工單元。柔性制造單元的設(shè)備具有較大的柔性，不過(guò)加工和人員柔性低。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(jī)床為基礎(chǔ)，另外配備合適的傳送物料裝置而組成的生產(chǎn)系統(tǒng)。其加工和物料傳送柔性大，但人員柔性較低。l 柔性自動(dòng)生產(chǎn)線柔性自動(dòng)生產(chǎn)線是聯(lián)接多臺(tái)專用機(jī)床，再配備合適的自動(dòng)運(yùn)送裝置而組成的自動(dòng)生產(chǎn)線。柔性