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专利号: 2021113816624
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种舰船关重件集成化加工的调度控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

S1:根据加工车间的场地实际情况,确定该车间内多个子加工系统的安装位置和状态,从而在指定位置为每个子加工系统安装用于对舰船关重件执行加工操作的计算机数控机床及有轨制导机器人、上下料传送带、电力供应装置、有轨制导机器人运行轨道、控制设备设施;

S2:根据要加工的舰船关重件的加工工件信息,为每台计算机数控机床分配一种加工工艺,并为每台计算机数控机床安装该加工工艺所需的加工刀具;

S3:每个子加工系统内的计算机数控机床的刀具全部安装完成后,系统会根据状态信息对该子加工系统内的有轨制导机器人进行预调度,并将调度方案转化为控制指令,并发送给对应的有轨制导机器人;

S4:子加工系统就绪并开始工作后,有轨制导机器人将逐条执行系统下达的控制指令,控制指令包含移动、上下料、清洗、等待,有轨制导机器人将不断执行系统下达的控制指令,直至系统进入停机状态为止;

所述步骤S2中,根据如下步骤确定每个子加工系统内的机床加工刀具安装方法:

步骤3‑1:以不同类型的机床生产效率差值最低为目标,在每个子加工系统中,为每种加工工艺确定最合适的计算机数控机床数量;

步骤3‑2:找到一个未确定机床加工刀具安装方法的子加工系统,查找是否存在已经处理过的任意子加工系统,满足所加工的工件类型及子加工系统状态信息完全一致,如有,则按与之相同的方案直接进行机床加工刀具安装,并转步骤3‑2,否则,转步骤3‑3;

步骤3‑3:对于正在处理的子加工系统,按步骤3‑1中得出的每种加工工艺最合适的计算机数控机床数量,列出该子加工系统所有可能的机床加工刀具安装方法;

步骤3‑4:依次处理按步骤3‑3方法所列出的所有机床加工刀具安装方法,处理每种机床加工刀具安装方法时,将每台机床与其他安装有不同种类加工刀具的机床两两相连,使得在连接线总数量最小的情况下,每台机床至少被连接一次,且任意两台同类型的机床被连接次数的差值小于等于1,将按该方法得到的无向图称为此子加工系统的CNC链接网络;

步骤3‑5:依次处理按步骤3‑4方法得到的所有CNC链接网络,为CNC链接网络中的每条边赋权值,对于任意一条边,将有轨制导机器人从一端到达另一端的移动过程中所花费的时长作为该边的权值,由于有轨制导机器人在轨道上转弯时速度会下降,因此,移动操作所花费的时长同时与移动距离及子系统安装布局有关,经此方法处理后得到的CNC链接网络转变为带权无向图;

步骤3‑6:依次处理按步骤3‑5方法得到的所有CNC链接网络,处理时,对当前正在处理的CNC链接网络中所有边的权值求和,全部处理结束后,选出权值之和最小的CNC链接网络,按该CNC链接网络所记录的机床加工刀具安装方法对其所属的子加工系统进行机床加工刀具安装,安装完成后,寻找下一个未确定机床加工刀具安装方法的子加工系统,若有,则转步骤3‑2,否则结束,并将每台机床的类型存储在系统的机床类型表中。

2.根据权利要求1所述的舰船关重件集成化加工的调度控制方法,其特征在于,所述步骤S1还包括:在加工车间中,首先使用常规型布局在车间内安装子加工系统,不同子加工系统内所包含的计算机数控机床数量可以不相同;剩余空间中,使用常规型布局仅安装一个子加工系统时的空间有显著浪费的、安装两个子加工系统时空间却不足的,使用紧凑型布局的安装方法代替常规型布局的安装方法;对于临近建筑物墙体、需要改变机器人轨道方向的,使用边缘型布局的安装方法代替常规型布局的安装方法。

3.根据权利要求1所述的舰船关重件集成化加工的调度控制方法,其特征在于,所述步骤3‑1中,根据如下公式计算每种加工工艺所分配的计算机数控机床数量:其中,nI为装有首道加工工艺所需刀具的I类计算机数控机床数量,nⅡ为装有后续加工工艺所需刀具的Ⅱ类计算机数控机床数量, 分别为Ⅰ类机床中位于上料传送带一侧I Ⅱ和下料传送带一侧的数量,tl、tl 分别表示机床在上料传送带一侧和下料传送带一侧的上I Ⅱ

下料操作所花时间,th、th 分别表示I类和Ⅱ类机床执行物料加工所花的时间,tw为有轨制导机器人执行一次物料清洗操作所花费的时间,effI和effII分别定义为Ⅰ类机床和Ⅱ类机床生产效率,effD为不同类型机床的生产效率差值。

4.根据权利要求1所述的舰船关重件集成化加工的调度控制方法,其特征在于,所述步骤S3中,根据如下步骤逐个确定每个子加工系统内的有轨制导机器人调度方案:步骤5‑1:将任意两台分别位于轨道两侧的相邻机床间的位置记录为一个可停靠位点,子加工系统内所有可停靠位点构成一个真实点集NT,并将真实点集NT中的所有点两两相连,得到真实边集AT,为每条边赋权值,具体权值为有轨制导机器人从该边所连接的一个可停靠位点移动到另一个可停靠位点所花费的时间,真实点集NT与真实边集AT按公式GT=(NT,AT)构成真实图GT,按该方法得到的真实图GT为带权无向图;

步骤5‑2:将子加工系统内的所有机床一一映射到抽象点集NV内,并依次从抽象点集NV中的每个点出发,将其连接到与该机床相邻的一个可停靠位点,随后,依次从真实点集NT中的一个可停靠位点出发,将其连接到与该可停靠位点相邻的多台机床,依该方法得到抽象边集AV,为抽象边集AV中的每条边赋权值,具体权值由如下公式确定:其中,i和j分别表示入点和出点的标号,tli表示有轨制导机器人在位置i对机床完成一次上下料操作所需时间,twi表示有轨制导机器人对从编号为i的机床上取下的熟料进行清洗所花费的时间,对于处理第一道加工工艺的机床,若转交下道工序加工前无需清洗的,置为0,抽象点集NV与抽象边集AV按公式GV=(NV,AV)构成抽象图GV,按该方法得到的抽象图GV为带权有向图;

步骤5‑3:按如下公式得到超二维带权混合图G:

G=(N,A)=(NV∪NT,AV∪AT)=GV∪GT

随后,使用标准Floyd算法处理图G,得到超二维距离矩阵D;

步骤5‑4:利用超二维距离矩阵D和加工工艺信息、子加工系统状态信息初始化蚂蚁种群、信息素浓度矩阵、四象限禁忌表,并将当前迭代次数NI置为0;

步骤5‑5:每次迭代开始后,首先为所有蚂蚁随机分配一个出发机床编号;

步骤5‑6:对正在处理的一只蚂蚁,按四象限禁忌表规则列出当前可访问的机床列表allowedk,其中k为当前蚂蚁的编号,通过下式计算蚂蚁选择每台机床的概率:式中, 表示t时刻时蚂蚁k从机床i转移到机床j的概率, 表示t时刻在i和j两机床间路径上残留的信息素量,mij(t)表示t时刻有轨制导机器人由机床i转移到机床j所花费的时间,α、β分别为信息素权重参数及启发式信息权值参数;

步骤5‑7:通过标准轮盘赌算法,根据步骤5‑6计算得出的转移概率,从可选机床列表中选择一台机床并前往,同时记录蚂蚁到达后系统状态,并动态调整四象限禁忌表;

步骤5‑8:重复步骤5‑6与5‑7,直至当前系统状态与之前某一时刻所记录的系统状态一致,此时称与结束时刻的状态完全一致的状态的时刻为循环起始时刻,将该蚂蚁置为终止状态,并将加工起始时刻记为t0,循环起始时刻记为 结束时刻记为 计算该蚂蚁在循环起始时刻 与结束时刻 之间加工完成的舰船关重件的数量,记为 计算该蚂蚁加工起始时刻记为t0与循环起始时刻 之间加工完成的舰船关重件的数量,记为通过下述公式计算蚂蚁k当前所存储调度方案的循环内加工效率通过下述公式计算本次迭代过程中,蚂蚁k在任意路径上所留下的信息素量:

其中, 表示的是由编号为k的蚂蚁在本次循环过程中在路径ij上所留下的信息素量;

步骤5‑9:重复步骤5‑6至5‑8,直至本次迭代过程中所有蚂蚁都被处理过一次,按下式计算本次迭代结束后任意路径上所留下的信息素量:其中,ρ为信息素留存程度参数,选出循环内加工效率 最高的蚂蚁,将该蚂蚁所存储的调度方案及其循环内加工效率值记录为当前第NI次迭代的最佳方案及其循环内加工效率值 计算完成后,令当前迭代次数NI加一;

步骤5‑10:重复步骤5‑5至5‑9,直至当前迭代次数NI达到所设置的最大迭代次数NImax为止,比较每次迭代的循环内加工效率值,选出最大的循环内加工效率值max Eloop,将与之对应的调度方案记录为最优调度方案;

步骤5‑11:在所求得的最优调度方案下,按如下公式计算子加工系统在连续加工总时长T下完成加工的舰船关重件产出量:式中, 表示在最后一次循环结束后的剩余时间

中,子加工系统所能完成加工的舰船关重件产出量;

步骤5‑12:系统将如下流程向有轨制导机器人发送控制指令:首先,提取最佳调度方案内在加工起始时刻t0与循环起始时刻 之间的全部操作,将之添加向空的控制指令清单中;其次,提取最佳调度方案内在循环起始时刻 与结束时刻 之间的全部操作,将其反复多次添加向空的控制指令清单中,重复添加次数为 次,最后,向控制指令清单中添加最后一次循环结束后的剩余时间 中的全部操作,完成后,将控制指令清单发送给该子加工系统;

步骤5‑13:重复步骤5‑1至5‑12,直至所有子加工系统中,每台有轨制导机器人都接收到了所要执行的控制指令清单。

5.根据权利要求1所述的舰船关重件集成化加工的调度控制方法,其特征在于,所述步骤S4中,有轨制导机器人执行系统下达的控制指令时,执行逻辑包括:当有轨制导机器人接收到系统的移动指令时,从该条控制指令中提取将要前往的可停靠位点编号,并进行加速运行,允许最高速度加速至 此时判断转移路径中是否存在拐弯点,若不存在拐弯点则允许将最高速度突破至 随后,有轨制导机器人按最高速度运行一段距离,并适时开始减速运动,使得在抵达要前往的可停靠位点时,速度刚好降为0;

当有轨制导机器人还未加速到最高速度时就已经抵达转移路径的中点时,则立即停止加速,直接跳过加速阶段和匀速阶段,直接进入减速阶段;

当有轨制导机器人接收到系统的上下料指令时,从该条控制指令中提取要执行上下料操作的机床编号,并在机床类型表中查询该机床的类型,当所处理的机床属于Ⅰ类机床时,使用上料机械臂从上下料传送带上抓取一块舰船关重件生料,同时使用下料机械臂从该机床的加工台上取下一块舰船关重件半熟料,随后,上料机械臂立即将舰船关重件生料安装到加工台上,完成后,上料机械臂与下料机械臂交换位置,使得原来的上料机械臂与下料机械臂互换;

若处理时加工台为空,则令下料机械臂放弃执行抓取操作;

当有轨制导机器人接收到系统的上下料指令时,从该条控制指令中提取要执行上下料操作的机床编号,并在机床类型表中查询该机床的类型,当所处理的机床属于Ⅱ类机床时,此时上料机械臂上已有一块舰船关重件半熟料,下料机械臂先从该机床的加工台上取下一块舰船关重件熟料,随后,上料机械臂立即将舰船关重件半熟料生料安装到加工台上,完成后,上料机械臂与下料机械臂交换位置,使得原来的上料机械臂与下料机械臂互换;

若处理时加工台为空,则令下料机械臂放弃执行抓取操作;

当有轨制导机器人接收到系统的清洗指令时,首先判断正在处理的物料类型,处理舰船关重件半熟料时,抓取该物料的机械臂将其置入清洗槽并按预设流程执行物料清洗操作,随后将其取出,仍留置在原机械臂上,处理舰船关重件熟料时,抓取该物料的机械臂将其置入清洗槽并按预设流程执行物料清洗操作,随后将其取出,并将其放置在上下料传送带上,上下料传送带将自动其送离子加工系统;

当有轨制导机器人接收到系统的等待指令时,有轨制导机器人立即提取下一条指令的执行起始时间,随后,有轨制导机器人进入休眠状态,直至下一条指令的执行起始时间时被自动唤醒。

6.根据权利要求4所述的舰船关重件集成化加工的调度控制方法,其特征在于,所述四象限禁忌表的动态调整过程还包含以下步骤:步骤7‑1:四象限禁忌表中包含4个子禁忌表,首先,逐个访问子系统内的每台机床,找出所有处于空闲状态的机床,将其中所有Ⅰ类机床置入一象限子禁忌表中,并将其中所有Ⅱ类机床置入二象限子禁忌表中;

步骤7‑2:列出此时未被置入四象限禁忌表中的所有机床,逐个访问列出的每台机床,计算有轨制导机器人从当前位置转移到与该机床临近的可停靠位点所花费的时间,并记为(1) (1)m ,查询经过m 时间后机床能否转变为空闲状态,如能转变为空闲状态,则将符合条件的Ⅰ类机床置入一象限子禁忌表中,将符合提交的Ⅱ类机床置入二象限子禁忌表中;

步骤7‑3:列出此时仍未被置入四象限禁忌表中的所有机床,计算每台机床在CNC链接网络中被连接的次数,选出在CNC链接网络中被连接的次数最多的一台或多台机床,将其中所有Ⅰ类机床置入三象限子禁忌表中,并将其中所有Ⅱ类机床置入四象限子禁忌表中;

步骤7‑4:对于正在处理的蚂蚁k,查询其当前所处机床的类型,当蚂蚁位于Ⅰ类机床时,转步骤7‑5,否则转步骤7‑6;

步骤7‑5:查询当前二象限子禁忌表是否为空,不为空则将二象限子禁忌表中的机床列表作为可访问机床列表allowedk返回,否则将四象限子禁忌表中的机床列表作为可访问机床列表allowedk返回,完成后转步骤7‑7;

步骤7‑6:查询当前一象限子禁忌表是否为空,不为空则将一象限子禁忌表中的机床列表作为可访问机床列表allowedk返回,否则将三象限子禁忌表中的机床列表作为可访问机床列表allowedk返回,完成后转步骤7‑7;

步骤7‑7:经步骤7‑1至7‑6已经完成了四象限禁忌表的生成及动态调整过程,操作完成后,系统无需存储当前的四象限禁忌表,需要时重新调用上述步骤重新生成即可。

7.一种舰船关重件集成化加工的调度控制系统,其特征在于,包括计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行如权利要求1‑6中任一项所述的一种舰船关重件集成化加工调度控制方法。

8.一种舰船关重件集成化加工的调度控制装置,其特征在于,包括终端设备,所述终端设备采用互联网终端设备,包括处理器和计算机可读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求1‑6中任一项所述的一种舰船关重件集成化加工调度控制方法。

9.根据权利要求8所述的舰船关重件集成化加工的调度控制装置,其特征在于,所述舰船关重件集成化加工的调度装置还包括有轨制导机器人,用于进行调度控制;计算机数控机床,用于进行加工控制;有轨制导机器人运行轨道,用于进行安装和使用;上下料传送带,用于进行安装和使用。