汽車電機可重組生產線過程監控及優化

制造業的競爭和用戶需求的快速變化使得汽車及其零部件行業的生產模式由多品種、小批量逐漸演變為多品種、變批量的生產模式，這種生產方式對制造系統及生產線提出了可重組性要求，可重組性意味著制造系統的組元可升級，組態可調整，可快速形成新的生產能力和生產功能。

汽車電機生產線的控制系統是整個生產線正常運行的基礎，從目前引進、研制并應用的汽車電機生產線控制系統看，多數采用集中式控制的自動化生產線方式，某企業引進價值00萬美元的電機轉子生產流水線，自動化程度高，生產節拍短，但是由于生產線剛性很大，調整困難而只能適應單品種、大批量的生產；另一類生產線的多數工序采用人工操作，導致生產效率不高，產品質量難以保證，上述方式都不能很好地適應汽車零配件市場激烈的競爭。

針對汽車電機生產線的現狀，筆者提出并研究設計基于組態原理的汽車電機可重組生產線過程監控及優化控制系統，該系統基于組態原理進行系統設計規劃，以配置研究設計的組態控制軟件為核心，結合開發的車間作業任務調度模塊，它可以依據生產現場快速轉產的生產需要，由技術人員方便、靈活地重組成針對某一種特定電機的生產控制方式，并減少系統因重組造成的斜升時間，以滿足生產線多品種、變批量的生產要求。

系統設計原理

． 組態原理

組態原理(Configuration Principle)是一種可根據對象的不同而適時改變自身物理或邏輯組織形態的原理，組態原理在計算機軟件編制上早已出現并應用，基于組態原理的控制系統設計思想是以計算機軟件為核心，結合相應的硬件設備構成，其中硬件的選擇幾乎覆蓋目前生產線上各種可能出現的硬件設備，基于組態原理的控制方式是當前控制系統軟件發展的主要方向之一，如國外的Labview，IFix和WinCC，國內的MGES和組態王等，都是典型的組態控制軟件。

基于組態原理的控制系統應用于汽車電機生產線，能實現根據市場變化對電機生產線設備及其加工輔助設備進行更替、調整以及擴充形成新的生產能力和生產功能，確定電機生產線上可調整的組元后，按一定的調整、優化策略實現組態控制，組態控制方式打破了傳統的剛性／柔性生產線控制模式，可由用戶自己定制特定的控制狀態，調整組態和升級組元，極大地提高了系統的可重組性。

．2生產線控制系統總體結構

本文采用組態原理的設計思想，提出并設計了汽車電機可重組生產線過程監控及優化控制系統，其基本組成框圖如圖所示。


圖汽車電機可重組生產線控制系統基本組成框圖

汽車電機生產線過程監控及優化控制系統主要由兩個部分組成：組態控制軟件模塊和車間作業計劃調度模塊。

．2．組態控制軟件模塊

系統可組態構建是電機可重組生產線控制系統的關鍵，用戶按照不同型號汽車電機生產需求，通過該組態控制軟件模塊構建特定產品的專用控制系統，可進行組態調整的內容包括：系統設備選擇、構件選擇、加工參數選擇以及采集數據選擇，具體如下：

()加工設備選擇，汽車電機生產線的瓶頸工位為繞線工作，配置一臺可移動繞線機(可共用)，可根據當前生產線生產節拍的要求，依照調度方案選擇瓶頸工位加工設備的不同配置實現生產能力的改變。

(2)構件選擇，生產線可通過更換加工設備的加工構件實現生產功能的改變。

(3)加工參數選擇，針對不同型號的汽車電機傳送不同的加工參數，如壓力參數、繞線參數、檢測參數、尺寸公差參數等。

(4)采集數據的選擇，生產線采集的大量數據要根據不同型號的汽車電機進行取舍和提取，為系統快速故障診斷提供依據。

．2．2車間作業計劃調度模塊

車間作業計劃調度決定了生產線在何時采用哪種構形生產何種產品，而控制系統是根據不同的生產產品來進行組態的，因此車間作業計劃調度是生產線優化控制的一個重要環節，本系統的車間作業調度采用基于Petri網和遺傳算法(Petri—GA)相結合的調度算法。

根據系統重組方式的不同，重組費用計算分成兩部分，一部分為可移動加工設備的使用造成的重組費用，另一部分為對于不同的加工工件，需要對可變結構機床進行構件替換造成的重組費用。

設可移動加工資源的使用是在加工工序i發生，構件重組替換是在加工工序j發生。

定義S為加工工序i的狀態集，S={so，s}，其中：s0表示加工工序i沒有進行重組，s表示工序i進行了重組，使用可移動加工資源同時加工，則工序i的重組費用函數定義為g：S