[發(fā)明專利]一種考慮刀具壽命的刀具配置方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210373140.8
• 申請(qǐng)日: 2022-04-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114781081A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黎展滔;肖志曉;彭乘風(fēng);陳慶新;毛寧;徐國(guó)寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/20;G06F111/04;G06F119/02
• 代理公司: 佛山市君創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44675
• 代理人: 張燕玲

一種考慮刀具壽命的刀具配置方法，涉及刀具配置技術(shù)領(lǐng)域，包括：根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，整理出刀具配置所需的基本信息；隨機(jī)生成任務(wù)順序和任務(wù)加工工時(shí)，初始化刀庫(kù)狀態(tài)為空；確定求解問(wèn)題的約束，并構(gòu)建求解模型；進(jìn)行刀具配置；啟動(dòng)加工，至刀庫(kù)中刀具無(wú)法滿足下個(gè)加工任務(wù)時(shí)，停機(jī)，進(jìn)行換刀決策，直至任務(wù)序列中任務(wù)加工完畢；計(jì)算停機(jī)、使用新刀和換刀的總成本，輸出刀具配置結(jié)果。本發(fā)明有益效果：綜合考慮了使用新刀的成本、停機(jī)時(shí)間成本和換刀時(shí)間成本，這樣一方面減少加工過(guò)程中使用新刀的數(shù)量、提高刀具的使用率，另一方面提高的換刀時(shí)間、提高生產(chǎn)效率，能夠應(yīng)付較為實(shí)際的生產(chǎn)制造過(guò)程中的刀具配置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于刀具配置技術(shù)領(lǐng)域，具體的為一種考慮刀具壽命的刀具配置方法。

背景技術(shù)

自市場(chǎng)需求向買方市場(chǎng)轉(zhuǎn)化以來(lái)，高度的產(chǎn)品差異化和大規(guī)模定制已成為制造業(yè)亟需面臨的重要挑戰(zhàn)，多品種、小批量的生產(chǎn)模式逐步取代原有的大批次生產(chǎn)模式。當(dāng)前制造業(yè)的趨勢(shì)是廣泛使用柔性制造系統(tǒng)，它能夠高速制造各種高質(zhì)量的產(chǎn)品，且在生產(chǎn)計(jì)劃中，嘗試盡可能高效地組織生產(chǎn)。當(dāng)產(chǎn)品種類變得如此之多以至于處理一系列工作所需的刀具數(shù)量超過(guò)柔性制造機(jī)器的刀庫(kù)容量時(shí)，就必須更換刀具。一般來(lái)說(shuō)，要在柔性制造機(jī)器上生產(chǎn)不同的零件，所有零件所需的刀具數(shù)量大于刀庫(kù)容量。在這種情況下，此類刀具配置問(wèn)題的研究成為了提升生產(chǎn)效率的關(guān)鍵一環(huán)。

從目前所調(diào)查研究的文獻(xiàn)和專利來(lái)看，當(dāng)前研究的刀具配置問(wèn)題，已經(jīng)將刀具尺寸、機(jī)床準(zhǔn)備時(shí)間、刀具容量、刀具壽命等約束條件構(gòu)造呈模型約束。機(jī)床的停機(jī)次數(shù)、換刀次數(shù)、最小完成工期等也成本刀具配置研究目標(biāo)。有部分學(xué)者將刀具配置問(wèn)題和作業(yè)排序、機(jī)器指派等問(wèn)題也加以考慮。目前較為成熟的運(yùn)算方法有KTNS算法、遺傳算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法等等。但是總結(jié)當(dāng)前技術(shù)仍存在以下問(wèn)題：

①大部分研究省略了由于刀具壽命耗盡而導(dǎo)致的刀具切換；②少部分研究集中在單一的刀具類型的刀具配置問(wèn)題上；③沒(méi)有考慮換下的刀具再次使用。在這些研究的處理方式上，要么刀具使用率過(guò)低，要么是使用新刀的數(shù)量過(guò)多，這樣往往使得刀具配置結(jié)果脫離實(shí)際。

考慮刀具壽命的刀具配置問(wèn)題是一個(gè)NP-Hard問(wèn)題，隨著刀具類型數(shù)、任務(wù)數(shù)和機(jī)床刀庫(kù)容量的增加，都會(huì)給問(wèn)題求解帶來(lái)很多的難度。刀具配置問(wèn)題是金屬制造加工中心里面的重要研究課題，以降低新刀成本、減少換刀時(shí)間和停機(jī)時(shí)間為主要目標(biāo)，在高精密加工、準(zhǔn)時(shí)制造、自動(dòng)化車間等等場(chǎng)景中顯得極為重要，解決該問(wèn)題具有很大應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)當(dāng)前刀具配置存在的問(wèn)題，提出一種考慮刀具壽命的刀具配置方法，能夠應(yīng)對(duì)考慮刀具壽命、具有多種刀具類型和換下的刀具再使用的刀具配置問(wèn)題，更符合實(shí)際生產(chǎn)的需求。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種考慮刀具壽命的刀具配置方法，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，整理出刀具配置所需的基本信息，將停機(jī)時(shí)間和換刀時(shí)間折算成成本；

步驟2、隨機(jī)生成任務(wù)順序和任務(wù)加工工時(shí)，初始化刀庫(kù)狀態(tài)為空；

步驟3、確定求解問(wèn)題的約束，并構(gòu)建求解模型；

步驟4、采用貪心策略進(jìn)行刀具配置，從第0個(gè)任務(wù)開(kāi)始，判斷任務(wù)所需刀具類型并添加進(jìn)刀庫(kù)中，直至刀庫(kù)刀位均被裝滿；

步驟5、啟動(dòng)加工，至刀庫(kù)中刀具無(wú)法滿足下個(gè)加工任務(wù)時(shí)，停機(jī)，進(jìn)行換刀決策；

步驟6、依據(jù)單個(gè)任務(wù)平均加工成本的決策指標(biāo)，確定本次停機(jī)換刀所覆蓋的待加工任務(wù)序列長(zhǎng)度，求解換刀的具體信息并進(jìn)行換刀決策；

步驟7、再次啟動(dòng)加工，至刀庫(kù)中刀具無(wú)法滿足下個(gè)任務(wù)加工時(shí)，進(jìn)行步驟6，直至任務(wù)序列中任務(wù)加工完畢；

步驟8、計(jì)算停機(jī)、使用新刀和換刀的總成本，輸出刀具配置結(jié)果。