汽车电机可重组生产线过程监控及优化

　　制造业的竞争和用户需求的快速变化使得汽车及其零部件行业的生产模式由多品种、小批量逐渐演变为多品种、变批量的生产模式，这种生产方式对制造系统及生产线提出了可重组性要求，可重组性意味着制造系统的组元可升级，组态可调整，可快速形成新的生产能力和生产功能。

　　汽车电机生产线的控制系统是整个生产线正常运行的基础，从目前引进、研制并应用的汽车电机生产线控制系统看，多数采用集中式控制的自动化生产线方式，某企业引进价值100万美元的电机转子生产流水线，自动化程度高，生产节拍短，但是由于生产线刚性很大，调整困难而只能适应单品种、大批量的生产；另一类生产线的多数工序采用人工操作，导致生产效率不高，产品质量难以保证，上述方式都不能很好地适应汽车零配件市场激烈的竞争。

　　针对汽车电机生产线的现状，笔者提出并研究设计基于组态原理的汽车电机可重组生产线过程监控及优化控制系统，该系统基于组态原理进行系统设计规划，以配置研究设计的组态控制软件为核心，结合开发的车间作业任务调度模块，它可以依据生产现场快速转产的生产需要，由技术人员方便、灵活地重组成针对某一种特定电机的生产控制方式，并减少系统因重组造成的斜升时间，以满足生产线多品种、变批量的生产要求。

　1 系统设计原理

　　1．1 组态原理

　　组态原理(Configuration Principle)是一种可根据对象的不同而适时改变自身物理或逻辑组织形态的原理，组态原理在计算机软件编制上早已出现并应用，基于组态原理的控制系统设计思想是以计算机软件为核心，结合相应的硬件设备构成，其中硬件的选择几乎覆盖目前生产线上各种可能出现的硬件设备，基于组态原理的控制方式是当前控制系统软件发展的主要方向之一，如国外的Labview，IFix和WinCC，国内的MGES和组态王等，都是典型的组态控制软件。

　　基于组态原理的控制系统应用于汽车电机生产线，能实现根据市场变化对电机生产线设备及其加工辅助设备进行更替、调整以及扩充形成新的生产能力和生产功能，确定电机生产线上可调整的组元后，按一定的调整、优化策略实现组态控制，组态控制方式打破了传统的刚性／柔性生产线控制模式，可由用户自己定制特定的控制状态，调整组态和升级组元，极大地提高了系统的可重组性。

　　1．2生产线控制系统总体结构

　　本文采用组态原理的设计思想，提出并设计了汽车电机可重组生产线过程监控及优化控制系统，其基本组成框图如图1所示。

图1汽车电机可重组生产线控制系统基本组成框图

　　汽车电机生产线过程监控及优化控制系统主要由两个部分组成：组态控制软件模块和车间作业计划调度模块。

　　1．2．1组态控制软件模块

　　系统可组态构建是电机可重组生产线控制系统的关键，用户按照不同型号汽车电机生产需求，通过该组态控制软件模块构建特定产品的专用控制系统，可进行组态调整的内容包括：系统设备选择、构件选择、加工参数选择以及采集数据选择，具体如下：

　　(1)加工设备选择，汽车电机生产线的瓶颈工位为绕线工作，配置一台可移动绕线机(可共用)，可根据当前生产线生产节拍的要求，依照调度方案选择瓶颈工位加工设备的不同配置实现生产能力的改变。

　　(2)构件选择，生产线可通过更换加工设备的加工构件实现生产功能的改变。

　　(3)加工参数选择，针对不同型号的汽车电机传送不同的加工参数，如压力参数、绕线参数、检测参数、尺寸公差参数等。

　　(4)采集数据的选择，生产线采集的大量数据要根据不同型号的汽车电机进行取舍和提取，为系统快速故障诊断提供依据。

　　1．2．2车间作业计划调度模块

　　车间作业计划调度决定了生产线在何时采用哪种构形生产何种产品，而控制系统是根据不同的生产产品来进行组态的，因此车间作业计划调度是生产线优化控制的一个重要环节，本系统的车间作业调度采用基于Petri网和遗传算法(Petri—GA)相结合的调度算法。

　　根据系统重组方式的不同，重组费用计算分成两部分，一部分为可移动加工设备的使用造成的重组费用，另一部分为对于不同的加工工件，需要对可变结构机床进行构件替换造成的重组费用。

　　设可移动加工资源的使用是在加工工序i发生，构件重组替换是在加工工序j发生。

　　定义S为加工工序i的状态集，S={so，s1}，其中：s0表示加工工序i没有进行重组，s1表示工序i进行了重组，使用可移动加工资源同时加工，则工序i的重组费用函数定义为g：S×S-R，其中：R为非负实数集，表示重组费用值，相同状态问的转换费用为零。

　　类似地，定义加工工序歹的状态集Q={q1，q2，?，qn}，可变结构机床进行重组替换后加工不同的工件定义为其处在不同的加工状态。

　　定义重组费用函数为h：Q×Q—R，相同状态间转换费用为零，h(i，j)表示从qi状态到qj状态的转换费用。

(本文不涉密)
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