具有自动装卸搬运机器人的制造单元建模与分析

针对具有自动装卸搬运机器人的制造单元，着重考虑其双重资源约束的特点，提出了该系统的有限缓冲开排队网的建模方法。根据工件的加工、装卸与搬运等工艺流程，定义该系统的排队网模型的各种状态，基于连续时间马尔可夫链，采用精确解法对该模型进行分析求解，获得系统一系列的稳态性能指标。为了验证排队网建模方法的有效性，建立其对应的仿真模型，分别采用排队网模型的数值计算与仿真模型的仿真统计2种方法求出系统的性能指标进行对比，并基于排队网模型对该制造单元的系统性能进行分析，为该类制造单元的资源配置优化和设施布局优化等问题提供重要的理论支撑。     

桁架结构智能布局优化系统

应用模糊、混沌、神经网络等理论，以结构质量为优化目标函数，在构造一个新型的布局优化模型的基础上，对桁架结构布局优化这一结构优化领域的难点问题进行了研究。构造了一个完整的桁架结构智能布局优化系统，该系统由5 个模块组成，具有智能、自适应的特点，在确定了结构选型情况下，可以自动完成从基结构的智能自动建立到结构布局寻优的全过程。经实例验证，系统性能稳定，可以得到满足要求的结构布局优化解。     

基于自动化排布算法的工厂系统布局方法

智能制造将在未来制造业中扮演重要的角色,智能工厂作为智能制造的载体,对其作业单元进行智能排布与优化具有现实意义。考虑到在利用系统布局方法(SLP)排布的过程中,部分作业单元的确定规则比较模糊,受主观影响较大,当智能工厂中作业单元较多时,几乎无法利用SLP方法手工排布,因此提出了一种自动化排布算法。在算法的设计过程中给出了若干位置确定的启发式规则,并结合数学模型求解出最终作业单元的位置坐标。该算法的输入为各个作业单位对之间的综合关系,能够直接输出作业单元的位置相关图。本文对该算法进行了程序实现,并结合案例验证了排布结果的有效性和排布过程的敏捷性。     

一种单元制生产方式设备布局问题的研究方法

单元制生产方式是适合于目前多品种、少批量市场需求环境下产生的先进生产制造方式,基于单元制生产方式的设备布局是实现精益生产的重要硬件支撑.对单元式生产方式下的设备布局进行了研究,把该种形式的设备布局分成两个阶段:第一阶段是制造单元的设计,第二阶段是对划定的制造单元进行布局,形成最终的设备布局.分别建立了相应的数学优化模型,通过实例验证了该方法的可行性和有效性.     

直线型制造单元与设施集成布局方法研究

单元制造系统的布局对于提高系统的效率起着十分重要的作用。以最小化物料搬运距离和设施占地面积为目标,建立了一个单元制造系统布局的双目标优化模型,在该模型中单元间的系统布局、单元内设施的布局以及设施的摆放方向这几个问题都可以同时进行优化。通过设计特殊的编码方式和一种变尺度邻域解生成机制,提出了求解模型的模拟退火算法。算例表明算法所得布局方案在两个目标上都优于相比较的算法。     

多单元制造系统布局设计

从布局设计的角度,提出多单元制造系统的概念,把各种制造系统的布局问题转化为多单元制造系统布局设计问题,包括设备布局和制造单元布局两个方面。对于设备布局问题,给出一种优化建模与虚拟现实技术相结合的求解策略;对于单元布局问题,给出一种集成的布局设计方法。     

基于Plant Simulation的智能制造测试床仿真模型 设计与应用

为了验证智能制造测试床的整体布局设计和制造工艺在生产运营环境下的合理性，利用西门子Plant Simulation工厂仿真软件进行生产节拍和设备利用率分析。首先，建立了按订单生产运行的制造生产线二维仿真模型，根据生产要求对二维仿真模型进行输入参数设定，并根据二维仿真模型运行后得到的分析统计结果进行工艺布局、物流布局和制造策略的优化。然后，在二维仿真模型基础上，为了让仿真模型在建设阶段和运营阶段具有更直观的展示效果，基于原三维设计图，在三维仿真模型中替换或导入各对象的三维模型，并运用Simltalk语言编写精细的三维位置坐标和动作路径动画程序，对仿真模型进行三维效果优化。结果表明优化后的智能制造测试床三维仿真模型可以实现与实际生产一致的业务运行模式，它具有更形象、逼真的动态运行展示效果。仿真结果可指导智能制造测试床的建设与优化，且在测试床投入运营后，仿真模型还能够接受运营数据以对测试床进行持续迭代的优化。提出的仿真模型设计方法为实现智能制造测试床的“数字孪生”奠定了基础。     

基于VSM-ISM汽车空调铝扁管生产线优化及仿真

针对JH公司汽车空调铝扁管生产线存在的良品率低、车间布局不合理、机器故障率高等问题，提出了“发现问题（VSM与ISM）、方案设计、仿真验证”的闭环优化过程。首先，绘制生产线价值流现状图来发现问题；其次，建立生产线问题解析结构模型，将生产线问题分为深层问题、中层问题和表层问题，找出导致生产线效率低的根本原因和直接原因；最后，考虑时间与成本因素，建立车间布局多目标优化模型，并通过粒子群算法进行求解，同时以精益思想对其他问题提出改善方案，并使用Flexsim进行仿真。结果证明，VSM与ISM结合，在生产线优化时更有效率。     

一种支持网络协议的嵌入式敏捷化智能维护单元的实现

基于敏捷制造对制造过程管理与维护的需求,研究并建立了制造系统智能维护单元的原型.针对CNC机床类设备在线监测与诊断系统应用中的问题,提出了支持网络协议的敏捷化多参数集成智能维护单元解决方案,设计了基于智能维护单元的旋转机械监视诊断与维护系统,该系统可在嵌入式处理器ARM和DSP处理器的控制下完成故障诊断和远程维护功能.     

基于SA-QPSO算法的多层制造单元内部布局方法

针对多层制造单元内部的设备布局优化问题,本文建立考虑单元尺寸、物料搬运量、损失时间以及单元稳定性的多目标优化数学模型。为更快速、高效地求解该问题,使用模拟退火算法（Simulated Annealing,SA）确定单元内设备所在平面以及层面,使用量子粒子群算法（Quantum Particle Swarm Optimization,QPSO）确定设备具体坐标值和所在高度。以某汽车零件加工车间为实例,运用SA-QPSO算法生成直线形、“U”形和环形3种最优空间布局方案,验证了SA-QPSO算法在多层制造单元内部布局方法设计方面的可行性。     

基于XGBoost的车身尺寸装配质量智能预测模型

针对汽车多级制造系统中传统机器学习方法处理多元数据样本时间久、精度低等问题,提出一种基于XGboost的车身尺寸装配质量智能预测模型,解决多级制造系统的车身装配精准预测控制问题。首先,通过对车身多级装配过程的分析,对数据样本进行预处理,建立基于Spearman系数的不同特征要素的绝对相关性矩阵;其次,对生产流程的相关数据实时采集、清洗及挖掘分析,提出数据分析流程与数据处理框架,建立基于XGBoost的车身尺寸装配质量智能预测模型,并通过对模型性能的有效评估实现对车身尺寸装配的精准控制;最后,仿真实例对比分析表明,基于XGboost的质量智能预测模型能精准地解决多级制造系统中的车身装配质量控制问题。     

快速重组制造系统的构建原理及其应用

快速重组制造系统是一种适应21世纪全球化市场竞争的新型制造系统。提出了基于组态式柔性制造单元组成的陈列式布局的快速重组制造系统的创新结构体系,建立了以生产效益为该系统方案设计和运行决策目标的随机模型,应用排队网络模型和静态马尔科夫工件运送方式得出系统重组时缓冲区容量的优化配置和最优工件运送策略的算法,研制了作为构建快速重组制造系统核心的新颖的组态式柔性制造单元的原型,并给出生产工程中应用所创建的阵列式可重组制造系统的成功案例。     

A genetic algorithm and queuing theory based methodology for facilities layout problem

Facilities layout, being a significant contributor to manufacturing performance, has been studied many times over the past few decades. Existing studies are mainly based on material handling cost and have neglected several critical variations inherent in a manufacturing system. The static nature of available models has reduced the quality of the estimates of performance and led to not achieving an optimal layout. Using a queuing network model, an established tool to quantify the variations of a system and operational performance factors including work-in-process (WIP) and utilisation, can significantly help decision makers in solving a facilities layout problem. The queuing model utilised in this paper is our extension to the existing models through incorporating concurrently several operational features: availability of raw material, alternate routing of parts, effectiveness of a maintenance facility, quality of products, availability of processing tools and material handling equipment. On the other hand, a queuing model is not an optimisation tool in itself. A genetic algorithm, an effective search process for exploring a large search space, has been selected and implemented to solve the layout problem modelled with queuing theory. This combination provides a unique opportunity to consider the stochastic variations while achieving a good layout. A layout problem with unequal area facilities is considered in this paper. A good layout solution is the one which minimises the following four parameters: WIP cost, material handling cost, deviation cost, and relocation cost. Observations from experimental analysis are also reported in this paper. Our proposed methodology demonstrates that it has a potential to integrate several related decision-making problems in a unified framework.     

基于直线往复单智能RGV系统单工序调度研究

针对直线布局轨道式智能加工系统单自动引导车(rail guide vehicle, RGV)单工序作业调度进行研究。考虑到智能RGV与数控机床(CNC machine tools)的特点,建立了给定时间内RGV与CNC机床配合物料加工下料用时之和最小化为目标的非线性整数规划模型。当加工物料数目比较多时,求解该问题非常耗时。根据RGV与CNC机床加工物料调度特征,提出计算机模拟仿真算法对问题进行求解。利用3组系统参数对模型及算法的有效性和实用性进行了检验分析,最后给出了最优调度计划的实际运行结果及结论。     

RMS中工件路径网络生成方法

利用图论建立RMS中工件路径网络生成模型。给出设备物理布局生成的3种算法：设备物理规划布局算法、基于二次布置问题(QAP)模型的VMC设备物理布局算法以及已有设备物理布局算法。给出AGV路径网络生成算法、AGV路径网络生成改进算法、可替代路径网络生成算法,包括节点间最短路径寻找子算法、路径网络预处理子算法。算法的输入为表示重构对象节点间距离信息的距离矩阵文件和表示某生产周期多工艺路线的流量文件,输出为优化的路径网络。用Visual C 实现了以上算法,实例测试验证了算法的正确性。     

Designing group layout of unequal-area facilities in a dynamic cellular manufacturing system with variability in number and shape of cells

This paper presents a new mixed-integer non-linear programming model for designing the group layout (GL) of unequal-area facilities in a cellular manufacturing system (CMS) under a dynamic environment. There are some features that make the presented model different from the previous studies. These include: (1) manufacturing cells with variable numbers and shapes, (2) machine depot keeping idle machines, (3) machines of unequal-areas, (4) manufacturing cells with rectangle regular shapes established on the continuous shop floor and (5) integration of cell formation and GL as interrelated decisions involved in the design of a CMS in a dynamic environment. The objective function is to minimises the total costs of intra- and inter-cell material handling, machine overhead, machine relocation, machine processing, purchasing machines and forming cells. Since the problem is NP-hard, an efficient simulated annealing (SA) algorithm is developed to solve the presented model. The performance of this model is illustrated by two numerical examples. It is then tested using several test problems with different sizes and settings to verify the computational efficiency of the developed algorithm in comparison to the classical genetic algorithm (GA). The obtained results show that the quality of the solutions obtained by SA is better than GA.     

复杂型材智能加工制造系统的设计

目的 实现新一代信息技术背景下传统铝门窗幕墙型材加工行业的转型升级,以应对复杂型材加工制造存在的成本高、工序繁多等诸多挑战。方法 根据型材加工工艺流程及该行业定制化生产的特点,提出一种涵盖网上下单、订单自动处理、机床智能加工生产的复杂型材智能加工制造系统架构,重点针对自主开发的门窗幕墙型材一站式加工智能机床,研发出一套复杂型材智能加工制造系统。结果 研究了加工信息数字化模型、工艺数据库等关键技术。通过工艺数据库的构建,实现了自动编程系统的搭建。结合Web Service与XML技术,研发出订单自助处理系统、机床智能操作管理系统及其与ERP系统的集成互连,打通了生产各环节之间的技术壁垒,形成了复杂型材一体化加工工艺。结论 实际测试表明,经复杂型材智能加工制造系统一体化制造的复杂型材从接受订单到产品加工完成只需40分钟,大幅提高了生产效率和产品质量,降低了加工成本。本研究为复杂型材智能加工及其他传统制造行业的转型升级提供了有益的借鉴和参考。     

Optimal design approach for eco-efficient machine tool bed

An optimal design approach of machine tool bed with the aim of obtaining an eco-efficient machine structure is studied. The suggested method includes three phases. The first is the layout design optimization of stiffener plates inside bed. In order to improve the design efficiency, a simplified design model called fiber model is suggested, and the layout of the stiffener plates inside bed is optimized by changing a 3-dimensional topology design optimization problem to a 2-dimensional problem. The second is the detailed sizing optimization of stiffener plates and supporting blocks under the structure based on the initial optimal model resulted from phase one. Finally, a topology design optimization process is implemented to obtain a reasonable distribution of manufacturing holes in bed structure. By considering the manufacturing requirement, an optimal bed structure is obtained. The validity of the suggested method is confirmed by a typical cylindrical grinding machine tool bed, and the result shows that the suggested method is effective, and the optimal structure has much better mechanical and economical performance by comparing with the original structures.     

基于信噪比的随机设施布局方法

设施布局对于生产需求不确定、产品多样化制造企业十分重要。随机设施布局评价的重要指标就是布局的鲁棒性和稳定性,但这两个特征之间存在一定矛盾,很难同时满足这两个特征。针对布局问题的这两个目标,引入Taguchi稳健设计中信噪比理论,建立了基于信噪比的随机设施布局优化模型,并通过仿真进行验证,实验结果表明新方法在随机设施布局问题中能获得较好的鲁棒性和稳定性。