基于Neo4j的网络化协作加工设备资源建模方法研究

针对网络化协作加工过程中制造资源地域分散、功能异构、管理自治和知识演化的特点,以及制造资源有效集成与共享的迫切需求,分析了网络化协作环境下加工设备资源的建模需求及属性特征,建立了一种基于图形数据库技术(Neo4j)的网络化协作加工设备资源建模实现框架,并对其所涉及的基于Neo4j的网络化协作加工设备图形数据库模型、基于Cypher语言的设备属性语义描述方法和基于遍历方式的设备信息搜索方法等关键技术进行了研究。最后,用一个实例对该建模方法进行了应用验证。     

基于自适应蚁群算法的工艺路线优化

针对计算机辅助工艺设计中最优方案选择,提出一种以制造资源更换率最低为目标的自适应蚁群优化方法(Adaptive ant colony algorithm,AACA)。通过分析零件特征,根据精度要求对制造特征进行分解,提出加工元概念。加工元被定义为特定的制造特征、加工阶段、加工方法、制造资源、装夹位置的集合,工艺路线的确定被转换为对加工元的优化顺序安排问题。以制造特征之间的几何位置约束,各加工阶段的先后顺序约束为基本元素,构造加工元优选约束矩阵,给出基于优选约束矩阵的加工元优选原则。在加工元优先顺序约束和可用制造资源的共同约束下,将缩短加工周期、提高加工质量和降低加工成本的综合目标表达为制造资源更换率最低,进行优化目标函数的数学建模。指出加工元优化排序可类比旅行商问题,并选择AACA进行优化求解。实例分析表明提出的方法可以可靠和有效地得到符合生产实际的工艺路线。     

基于机床加工匹配特性的混合流水车间绿色生产调度

针对混合流水车间绿色生产过程中的设备选择和调度目标匹配问题,提出基于机床加工特性的多目标调度模型和改进遗传算法。该算法建立了混合流水车间调度的时间、能耗与成本优化模型,采用模糊隶属方法描述了机床加工特性,在遗传算法求解过程中通过机床加工特性隶属度与调度目标的权重系数匹配关系,建立了自适应的交叉、变异和优势保留策略,在每一代迭代中提高在调度目标方向上的选择压力,加速收敛。通过实例分析对比了不同算法的优化结果,从而验证了模型及算法的有效性,并提出了高效、节能、经济和综合4种调度生产模式,为混合流水车间绿色生产提供了指导。     

车加工特征的自动识别与选择方法

提出一种车加工特征的自动识别和优化选择方法。首先，对于需要铣／车的零件，使用基于实体布尔运算的渐进式方法生成最大车加工体；然后，在毛坯和最大车加工体几何模型的基础上。生成需要切除材料的几何模型，并将该模型剖分为单元网格，形成属性化图的表示，根据属性化子图匹配算法统一地识别常规特征和用户自定义特征，形成零件车加工的原始特征集合；根据特征个数和方向数最小原则对原始特征集合进行优选和去冗余；最后，在相交特征之间选择特征前后顺序约束，使得按此顺序修剪后的特征重叠部分达到最少，以实现加工时间优化的目的。最后输出的是修剪后的非冗余特征集合及在其上的前后约束有向图。     

基于直觉模糊数与多目标优化算法的工艺路线优化

为解决工艺规划中的工艺路线决策问题,提出基于直觉模糊数与元胞自动机—第二代强度Pareto进化算法的工艺路线多目标优化方法。分析了零件的加工特征并将其分解为可用知识化表达的加工元,为有效处理加工元之间的模糊性顺序约束关系,利用直觉模糊数设计结构矩阵来建立加工元之间的约束关系。在此基础上,构建了以加工设备变换成本、装夹变换成本、刀具变换成本为优化目标的工艺路线多目标优化模型。为提高求解多目标工艺路线的求解效率,利用元胞自动机和第二代强度Pareto进化算法对工艺路线优化模型进行求解,得到由多个可行的工艺路线组成的Pareto前沿,进而通过模糊熵对其评价后筛选出最佳工艺路线。以某设备的传动箱箱体为例,验证了所提方法的可行性与有效性。     

考虑维护维修活动的单机调度集成模型

针对单机调度过程中设备进行维护维修活动所产生的不可用时间约束问题,采用基于故障率阈值的视情预防维修和基于役龄的小修相结合的混合维修策略,并考虑到预防性维修产生的不可用时间与设备的退化程度和维修次数之间的关系,建立了以工作次序和预防维修的故障率阈值为决策变量、以加工作业的总期望完成时间最小为优化目标的集成模型。运用智能优化算法对问题进行优化求解,并将集成模型与前人的工作进行了比较。实验结果表明,该单机调度集成模型能够缩短加工作业的总期望完成时间,提高生产效率。     

基于装夹选择的缸体零件柔性机加工生产线平衡优化

针对缸体零件柔性机加工生产线工艺规划中的装夹选择和线平衡问题,提出一种基于不同装夹约束的生产线平衡优化算法,在机床总数确定的情况下,选择规划的装夹进行组合,对不同装夹组合下不同构型的生产线进行优化分析。该算法以加工元描述每个加工操作的属性,并在工艺约束的基础上引入不同装夹组合下的装夹约束和工位时间约束。综合考虑加工中心换刀、转位时间和不同构型下的工位数量,以节拍、工位数量和平衡率为目标建立优化模型。对基本蚁群算法进行改进,采用贪婪策略计算概率,利用精英保留,最终获得多个装夹组合方案下的生产线构型和最优解集。通过复杂实例验证了该方法的可行性和高效性。     

车削刀具几何参数低碳优化建模与求解

为了实现车削加工过程的低碳化并提高加工质量,在分析车削加工过程中能耗特征及切削温度与刀具几何参数之间关系的基础上,以刀具前角和主偏角为优化变量,考虑加工过程机床设备和加工质量等约束,建立了车削加工刀具几何参数低碳优化模型;针对所建模型,提出一种基于改进的自适应遗传算法的优化求解方法。实例分析表明,以低碳排放为优化目标、以切削温度为约束条件优化车削刀具几何参数,可使碳排放和切削温度比原刀具参数分别降低12%和17%。所建模型和方法可为制造企业优化选择刀具几何参数降低碳排放提供理论方法支持。     

作业车间碳排放动态特性及二阶优化调度模型

为了降低加工作业运行时间的能耗、物耗和排放,以设备运行过程中的能耗为主要碳排放因素,基于碳流率的概念,用改进甘特图表征了工件全加工链的碳排放特性。将作业车间排产划分为设备选择和作业顺序规划两个阶段进行碳排放效率优化调度,建立了一种二阶低碳优化调度模型。该模型通过优化组合设备—工件功率匹配关系,提高设备能效,缩短非加工设备等待空载运行时间,提高车间综合能效。以某机加工作业车间为例,分析并验证了优化模型的可行性。     

网络化外协加工资源选择的决策框架模型及应用

分析网络化外协加工资源选择过程中决策问题的决策目标,提出包含外协时间、外协质量、外协成本、协作信息交互能力、外协过程技术安全和保密性、外协资源保障能力和外协商知识积累和可持续发展能力等7大目标变量的决策目标体系,建立一种网络化外协加工资源选择的决策框架模型,针对决策过程中信息的隐蔽性、模糊性等特点设计模型求解的灰色关联算法,并针对该算法中评价者主观偏好影响评价指标权重的问题,提出一种基于主观偏好的主观性评价指标权重确定方法.最后,给出一个应用实例,验证该决策目标体系、决策框架模型及求解方法的正确性和实用性.     

基于模糊综合评价的多工艺方案优选技术研究

针对零件多个加工工艺方案优选的问题,分析了影响工艺方案选择的约束因素,建立了一种两级结构的多目标工艺方案优选模型,以加工时间、加工成本、加工质量、环境影响为主要优化指标;为解决传统层次分析法(AHP)在评价层次模型求解时很难保证判断矩阵一致性的问题,提出并设计了基于模糊层次分析法(FAHP)进行求解工艺方案优选的层次分析模型算法,在评价指标标准化阶段,采用隶属度函数进行数据标准化处理,为方便复杂高阶判断矩阵求解权重,给出了MATLAB算法。以某航空制造企业叶片机械加工工艺方案优选为例进行了试验验证,结果表明:该方法具有良好的工程应用价值,满足多工艺方案优选的实际要求,验证了该方法用于工艺方案优选是可行的和有效的。     

基于田口法和响应面法的数控铣削工艺参数能效优化方法

为研究机床能量效率与工艺参数耦合的复杂机理,提出一种基于田口法和响应面法的数控铣削工艺参数能效优化方法。分析加工过程中的能耗特性,建立了数控铣削加工能量效率函数。基于田口法规划优化实验,并基于响应面法建立工艺参数与比能和加工时间的回归方程,构建了以铣削加工工艺参数为变量、以高能效和高效率为优化目标的多目标优化模型。使用多目标粒子群优化算法对该模型进行求解,并通过实验数据和算法优化结果分析了加工过程中工艺参数与比能及加工时间的关联关系。     

基于恒切削力约束的非圆齿轮插齿工艺优化研究

针对当前非圆齿轮插齿加工效率低、切削力波动大的问题,在对插齿切削力建模,建立切削力与切削面积的关系的基础上,提出了一种基于恒定切削力约束的圆周进给量优化方法.以提高工件的加工效率并减少切削力的波动为优化目标,以机床参数和恒定的切削面积为约束,并以节曲线曲率半径为分段依据,建立了变圆周进给量优化模型.通过3阶椭圆齿轮插削...     

面向能耗的2.5D型腔数控铣削加工刀具组合优化选择

为降低数控机床的能量消耗,深入研究了2.5D型腔数控铣削加工过程中的刀具组合优选问题。系统地分析了刀具组合与2.5D型腔数控铣削加工过程能耗的映射关系,揭示了刀具直径和刀具可行域对加工能耗的影响,并构建了多刀具数控铣削加工能耗函数。建立了以可行刀具为优化变量、以能耗和成本为优化目标的数控铣削加工刀具组合多目标优化模型,提出一种基于有向图和Dijkstra算法的刀具组合优化求解方法。以某2.5D型腔数控铣削加工刀具组合优选为例开展实验,验证了所提模型与方法的有效性和实用性。     

基于复合规则的Interbay物料运输系统多目标调度方法

为了满足晶圆制造Interbay物料运输系统的全局优化要求,提出基于复合规则的Interbay物料运输系统多目标调度方法。充分考虑各运输设备之间的约束关系,建立了Interbay物料运输系统的多目标调度模型。提出基于遗传规划的复合规则生成方法,该方法将晶圆工件的属性参数与四种基本运算符号按照二叉树的结构进行编码,再通过选择、交叉、变异以及基于d-best策略的λ-Interchange局部搜索方法,寻找具有最佳适应度的复合调度规则。为了对大量个体进行快速评价,设计了基于物料运输表的适应度值估算方法。仿真实验结果表明,与文献中的Interbay物料运输调度方法相比,基于所提算法生成的复合调度规则能够对工件的平均加工周期、平均搬运时间、平均交货期满足率等多个目标进行综合优化,同时表现出较好的鲁棒性。     

协同产品创新联盟伙伴选择决策

选择合适、胜任的合作伙伴是提高协同产品创新绩效,确保协同产品创新工作取得成功的重要前提。基于伙伴个体属性和协同属性的视角,提出了一种考虑知识匹配度和协同创新整体收益的伙伴选择决策方法。构建了集成伙伴个体的知识匹配度、伙伴间的知识协作能力和联盟整体期望收益3大属性的综合指标体系;建立了基于综合指标体系的伙伴选择多目标优化模型,并采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法求解该模型。通过实例分析,验证了该伙伴选择方法的可行性及实际应用价值。     

一类多品种小批量混流制造系统作业组织模式与工件排序

为解决考虑搬运时间的混流制造系统的资源优化与调度问题,对作业组织模式与工件排序进行了深入研究。建立了以设备停机次数、工件搬运次数、搬运设备数量、搬运次数均衡程度作为第一、第二、第三和第四优化目标,以生产周期作为约束的多目标决策模型,利用该模型选择作业组织模式并确定最优排序方案。分别研究了用于求解该多目标决策模型的各分目标和约束:为不同类型批量工件建立加工时间模型;设计开始和结束搬运时间优化模型;给出平行移动模式的设备停机次数算法。开发了考虑搬运时间的混流制造系统软件程序,并设计了所需搬运设备情况的全局优化算法。通过分析和求解企业订单数据验证了所提方法的有效性。     

面向绿色注塑加工的工艺耦合参数设计优选方法

为提高产品加工过程的绿色性能,提出一种基于耦合推广正交算法的工艺参数优选方法。利用正交实验在解决单目标优化问题中的优势,提出基于工艺参数耦合强度关系的推广正交算法,用小生境演化繁殖后代,以实现多绿色性能指标优化。将该方法运用到注塑加工工艺参数设计中,选择面向绿色性能指标的注塑加工工艺参数,确定相互间的耦合强度关系以及注塑加工过程的多项绿色性能指标,建立注塑加工绿色设计模型。以某风机盖注塑加工为例验证了所提方法的可行性。     

碳效率目标下的铣削切削参数优化研究

为了提高数控铣削加工过程的能量利用率,降低铣削加工过程中的碳排放量,基于铣削加工能耗分析的基础,建立了数控铣床能耗模型,并基于铣削工艺输入输出特性提出了铣削工艺碳排放评估函数,结合材料去除率提出碳效率概念,以此作为优化目标,并以机床主轴转速和进给量作为优化变量,考虑机床各项性能参数和工件的加工质量等约束,建立了基于碳效率的数控铣削切削参数优化模型,并通过案例,采用遗传算法对模型进行优化求解,验证了该模型的有效性。     

磨粒流抛光工艺中的磨料模糊优选模型

磨粒流抛光主要用于小尺寸和复杂结构化表面的光整精加工。针对磨料参数选取仅靠其定性选择原则和经验,导致一些工况的磨料选取不合理而严重影响加工质量的问题,提出了一种磨料参数模糊优选的方法。该方法基于模糊数学理论,采用模糊参数优化建立了多目标磨料参数优选模型,结合磨料参数的选择原则和磨料参数之间的影响建立了相对优属度矩阵和权向量,从而量化了不确定性因素。最后,通过实际加工实验验证了该方法的合理性和可行性。