基于图文法的可重构机床配置规划方法

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智能制造中的可重构机床系统设计与控制技术

智能制造中的可重构机床系统设计与控制技术智能制造是当今制造业的重要趋势之一，而可重构机床系统则是智能制造的重要组成部分。

本文将探讨可重构机床系统的设计与控制技术，并分析其在智能制造中的重要性。

一、可重构机床系统的概念及优势可重构机床系统是指一种具有多种工艺功能，能够实现自动快速工艺转换的机床系统。

它具有以下几个优势：1. 高效性：可重构机床系统能够在不需要人工干预的情况下完成多种加工工艺，从而提高了加工效率。

2. 灵活性：可重构机床系统能够根据生产需求快速调整加工工艺，从而满足不同客户的需求。

3. 经济效益：可重构机床系统能够节省设备投资和生产成本，提高设备利用率。

二、可重构机床系统的设计技术可重构机床系统的设计技术主要包括以下几个方面：1. 整合不同的加工工艺：对于不同的加工工艺，可重构机床系统需要设计相应的加工工具和加工方案，以实现自动快速转换。

2. 统一的机床控制系统：为了实现快速转换，可重构机床系统需要采用统一的机床控制系统，可以通过软件控制实现加工工艺的转换。

3. 可重构结构设计：可重构机床系统的结构应当具有可重构性，使其能够容易地实现加工工艺的转换，并减少转换的时间。

4. 安全性设计：可重构机床系统需要考虑安全因素，使用应急停止装置和限位开关等安全设备，以保证操作人员的安全。

三、可重构机床系统的控制技术控制技术是可重构机床系统的核心技术之一，主要包括以下几个方面：1. 多轴伺服控制技术：可重构机床系统需要采用多轴伺服控制技术，以实现高精度的加工。

2. 快速转换技术：可重构机床系统需要采用快速转换技术，使其能够在短时间内完成加工工艺的转换。

3. 实时监控技术：可重构机床系统需要采用实时监控技术，以便在加工过程中及时发现问题并进行处理。

4. 多功能控制技术：可重构机床系统需要采用多功能控制技术，能够支持多种加工工艺，并提高加工效率。

四、可重构机床系统在智能制造中的应用可重构机床系统在智能制造中具有重要的应用价值，主要表现在以下几个方面：1. 提高加工效率：可重构机床系统能够在不需要人工干预的情况下，实现多种加工工艺，从而提高了加工效率。

基于可重构技术的机械设备设计与实现

基于可重构技术的机械设备设计与实现近年来，随着科技的飞速发展，可重构技术应用于机械设备设计与实现领域中，为工程师们提供了全新的思路和解决方案。

可重构技术，即可编程技术，是一种可以灵活适应多样化需求的设计方法。

它通过软硬件编程的方式，将机械设备的功能灵活地改变和适应，使其可以应对不同的工作环境和任务。

本文将从三个方面论述基于可重构技术的机械设备设计与实现的应用与优势。

首先，基于可重构技术的机械设备设计与实现可以提高设备的灵活性和适应性。

传统的机械设备往往只能完成特定的功能和任务，使用范围有限。

而可重构技术的应用可以使机械设备的功能更加灵活可变，可以根据具体需求和使用环境定制不同的功能模块。

比如，一台机器人可以通过重新编程和更换组件的方式，从搬运物品变为焊接产品，从而实现多样化的工作任务。

这不仅提高了设备的使用效率，还避免了设备闲置和淘汰的浪费。

其次，基于可重构技术的机械设备设计与实现可以提高设备的智能化水平。

在传统的机械设备中，很难实现智能化控制，需要人工介入才能完成特定任务。

而可重构技术的应用可以使机械设备具备自主学习和自动化的能力。

通过采集传感器数据，机械设备可以根据实时环境和任务要求进行智能化决策和调整。

比如，一台自动绣花机可以通过学习花样图案和人工智能算法，实现自动调整刺绣位置和线迹压力，从而提高绣花的精度和效率。

另外，基于可重构技术的机械设备设计与实现可以降低制造成本和提高生产效率。

传统的机械设备制造需要设计和制造多套模具和部件，成本较高且不易更改。

而可重构技术的应用可以通过软硬件程序的改变，减少对特定模具和部件的依赖，从而降低制造成本。

同时，可重构技术还可以实现实时调整和在线更新，避免了大量的停机维修和设备更换，提高了生产效率和设备利用率。

例如，一条可重构的生产线可以通过调整设备的不同工作模式，适应不同产品的生产需求，实现快速切换和灵活生产。

然而，基于可重构技术的机械设备设计与实现也面临一些挑战。

【国家自然科学基金】_可重构制造_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730

2012年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
科研热词可重构制造系统可重构机床预防维护重构方法重构配置规划逻辑控制器运动学设计耦合经济生产批量组合设备系统建模和分析粒计算生产调度生产能力模块化机器人模块指数积扩展性工艺方案小修商空间理论可靠性可重构工艺规划可重构制造半导体制造制造系统公理化设计 rms
2011年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
2011年科研热词推荐指数可重构制造系统 4 配置规划 2 模块 2 图文法 2 可重构机床 2 重构 1 遗传算法 1 通用产生函数法 1 过滤 1 输运 1 软件构件 1 负极片 1 访问控制 1 设施布置 1 计算机辅助工艺规划 1 自动导引车 1 自动化生产线 1 聚焦 1 粒子操纵 1 离散车间:制造执行系统 1 汽车发动机 1 框架表示 1 构件检索 1 机床 1 数学模型 1 敏捷供应链 1 布局设计 1 富集 1 多态系统可靠性 1 多工序加工系统 1 基于角色的访问控制 1 图重写 1 可重构物流信息系统 1 可重构工艺规划 1 可重构 1 变邻域 1 制造执行系统 1 公理化设计 1 光诱导介电泳 1
推荐指数 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

基于商空间理论的可重构机床粒计算方法研究

的系统研制周期、的生产和重构成本、的经济效低高益和更小的冗余生产能力．可重构机床（ｅｏｆｕａｌｒｃｎｉｒｂｅｃｉｅｏｌ，ｇｍａｈｎｔｏｓＲＭＴｓ是可重构制造系统的重要组成部分ｌ，与）２它］普通机床的最大区别在于用户能够根据不同的加工任务及时调整机床的模块组成、置，配以满足不同零
Ｕｎｖｒｉｙ，Ｓａｇａ２０９ｉｅｓｔｈｎｈｉ００２，Ｃｈｎ；２ＳｉｏＧｅｍａＣｏｌｇｏｉａ．ｎ－ｒｎｌｅｆｅ
备，以逻辑重构方式生成虚拟制造单元，到根据或达
变化动态快速地调整生产过程、功能和能力，现短实
Ｊｎ０２ｕ．２１
文章编号：２３３４（０２０ —９４００５ —７Ｘ２１）６０１ —６
ＤＩ１．９９ｊｉｎ０５—７ｘ２１．６０９Ｏ：０３６／．ｓ．２３３４．０２０．１ｓ
基于商空间理论的可重构机床粒计算方法研究
件的加工需求．造生产线上的加工设备类型和数制
ａｐｉｄＳｉｃｓＴｏｇｉｉｅｓｙｈｎｈｉ００２Ｃｉａｐｌｃｅｅ，ｎｊＵｎｖｒｉ，Ｓａｇａ２０９，ｈｎ）ｅｎｔ
ＡｂｔａｔＴｈｐｐｒｒｓｎｓｎｗｍｅｈｄｂｕｔｅｓｒｃ：ｅａｅｐｅｅｔａｅｔｏａｏｔｈｇａｕａｉｏｕａｉｎｏｅｏｆｕａｌｃｉｅｔｏｓｂｓｄｒｎｌｒｔｃｍｐｔｔｆｒｃｎｉｒｂｅｍａｈｎｏｌａｅｙｏｇｏｕｔｎｐｃｈｏｙｆｒｉｒｖｎｈｅｐｎｅｏｕｃｎｑｏｉｔｓａｅｔｅｒｏｍｐｏｉｇｔｅｒｓｏｓｆｑｉｋｅｓｒｃｕｅｃｎｉｕａｉｎｌｙｕｏｍａｕａｔｒｓｓｅ．ｔｕｔｒｏｆｒｔａｏｔｆｇｏｎｆｃｕｅｙｔｍＤｅｏｏｉｉｎｂｈｖｏｆｙａｃｓｓｅｔｔｕｔｒｉｃｍｐｓｔｅａｉｒｏｄｎｍｉｙｔｍａｉｓｒｃｕｅｓｏｃｄｐｃｅｙｑｏｉｎｐｃｈｏｙｏｈｒｎｌｒｔｔｉｉｅｙｅｉｔｄｂｕｔｅｔａｅｔｅｒｆｔｇａｕａｉｉｕｔｌｓｅｙｎｖａｄｆｒｌｎｏｍａｌｙ，ｗｈｃａｅｉｅｅｔｒｑｉｅｎｓｔｒｕｈｉｈｃｎｍｅｔｄｆｒｎｅｕｒｍｅｔｈｏｇｆｔｅｔａｓｏｍｆｃａｓｒｎｌｒｔｏｆｎｒｎｌｒｔ．Ｔｈｈｒｎｆｒｏｏｒｅｇａｕａｉｙｔｉｅｇａｕａｉｙｅｑｏｉｎｐｃｈｏｙｏｈｒｎｌｒｔｓａｏｔｄｔｃｉｖｕｔｔｓａｅｔｅｒｆｔｅｇａｕａｉｉｄｐｅｏａｈｅｅｅｙｑｉｋｇａｕａｉｄｃｍｐｓｔｎａｄｃｍｂｎｔｎｈｓｃｕｃｒｎｌｒｔｙｅｏｏｉｉｎｏｉａｉｐｙｉｓｏｏｉｌｍｅｔｏｓｓｅｔｓｒｃｕｅｍｏｅｉｓｓｅｍｐｅｎｆｙｔｍａｉｃｔｕｔｒｄｌｎｙｔｍｃｎｉｕａｉｎａｏｔｔｅｒａｉｉｆｎｔｏｄｃｍｐｓｔｎｏｆｇｒｔｌｙｕ，ｈｃｅｔｔｕｃｉｎｅｏｏｉｉｏｖｙｏ

基于遗传算法的现场修复机床可重构设计方法的研究

并构成可选择的机床配置。用图论来表达机械模利块间的可连接性，的顶点代表机械模块，向箭头图有
特征，场修复设备主要包括：现现场铣床、场孔加现
工机床、现场外圆车床、场法兰加工机床、场磨现现床等类型。根据机床分类建立参数化功能模块库：底座、工作台、支撑单元、轴、库等。并利用齐次主刀变换矩阵对模块库中的每个功能模块建立运动学模
第５期２１０２年５月
组合机床与自动化加工技术
ＭｏｄａａｈｎｅＴｏｌ＆ＡｕｏａｉａｆｃｕｒｎｇＴｅｈｎｑｕｌｒＭｃｉｏｔｍｔｃＭｎｕａｔｉｃｉｕｅ
ＮＯ．５Ｍａｙ２２．０１
ｌ＋ｔ２＝１。Ｏ
在选择机床模块时，功能结构树的＿从丁作台顶点开始，着箭头方向在机床模块库中选择合适的沿模块，即可获得一系列满足需求的机床配置。
遗传算子包括：择算子、叉算子和变异算选交
ＧＵＯＨｕ，ＸＩｈ— ｅＨＥｈｎｙＮＺｉｉ，ＣＮＺｅ —ａｊ
（ｈｎｉｅ — ｌＣｔｎＲｓａｃＣｅｔｒｏｇｎｅｉｇＴｃｎｌｇ，ＮｏｔＵｎｖｒｉｏｈｎ，ＳａｘＤｅｐＨｏｅｕｔｇｅｅｒｈｉｎｅｆＥｎｉｅｒｎｅｈｏｏｙｒｈｉｅｓｔｆＣｉａｙ

基于RMC的可重构制造系统设备布局优化研究

ｏｅｏｆｕａｌｎａｔｒｇｓｓｅａｄｄｓｎｎｙａｃｒｃｎｇｒｔｎａｇｒｔｍｆＲｆｅｎｉｒｂｅｍａｕｃｕｉｙｔｍｎｅｉｉｇｄｎｍｉｅｏｆｕａｉｌｏｉｒｇｆｎｇｉｏｈｏＭＣｂｓｄＯｎｏｏｙｏｔｚ－ａｅＮａｔｃｌｎｐｉａｍｉ
关键词：设备布局；蚁群优化；可重构帝造单元；动态重构】
中图分类号：Ｔ１；Ｐ９Ｐ８Ｔ３１文献标志码：Ａ文章编号：１０－６５２１）２４５—４０１３９（０１１—５００
ｄｉ１．９９ｊｉｎ１０－６５２１．２ｏＯｏ：０３６／．ｓ．０ｌ３９．０１．４ｓ１
实现低成本的自动化加工设备等系统资源的软重构布局优化
收稿日期：２１—５１０１０－７；修回日期：２１ —６２０１０ —０
统能迅速调整生产模式，向新的制造任务和市场情况，面以快
速重排、重复利一定的研究成果
，但依然没有全面、系统的解决方案。
对制造系统设备布局的重构优化研究主要集中在ＲＳＭ以及与此配套的可重构制造设备（ｃｎｇｒｌｍｃｉｏ，Ｍ）ｒｏｆｕｂａｈｅｏｓＲＴｅｉａｅｎｔｌ与可重构控制器等的重构布局方面，特点是静态硬重构，而根据我国制造业实际水平和ＲＳＭ研究状况，用信息流的重构利
速响应能力。设备布局是制造系统重构的关键技术之一，Ｊ

基于集对分析的可重构机床配置方案评价方法

基于集对分析的可重构机床配置方案评价方法张浩;裘乐淼;张树有;张鹏【摘要】针对可重构机床模块配置设计方案优选排序问题,提出基于集对分析的改进多目标综合决策评价方法.通过工艺需求的转化,根据功能到结构的映射关系,求解出一系列机床模块.通过模块配置准则,实现可重构机床的模块配置设计方案.采用集对分析理论对可重构机床模块配置设计方案评价因素的不确定性和模糊性展开分析,对评价因素构建模糊语言值.将模糊语言值转化处理为三角模糊数,建立评价决策矩阵.结合层次分析法(AHP)确定指标权重以提高方案优选的可信性,引入方案贴近度对备选方案进行排序,建立综合评估决策模型,以实现对可重构机床模块配置设计方案的优选,求解得出最优的配置设计方案.选取某可重构机床的模块配置设计方案实例说明该方法的应用及可行性.【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》【年(卷),期】2015(049)007【总页数】11页(P1232-1241,1294)【关键词】可重构机床;配置设计方案;评价优选;集对分析;不确定信息【作者】张浩;裘乐淼;张树有;张鹏【作者单位】浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TG502;TP391随着企业竞争的加剧和客户需求的日益多样化,企业亟待通过快速转变生产方式、提高产品设计能力来应对愈演愈烈的挑战.满足特定工序的机床,往往难以进行功能或生产能力的转变来适应不断变化的加工需求.可重构机床［1］（reconfigurable machine tools,RMT）是一种能够根据工序的变化,通过模块组合、移动、更换或添加等重构配置,获得满足新工序要求的机床.针对可重构机床设计问题,国内外学者开展了大量的研究,并取得了一系列的成果.Reuven［2］提出可重构机床的一些设计准则及其在不同机床配置中的应用；Afreen等［3］从多功能、可进化、生存能力三方面阐述了可重构系统的一般设计准则；Jaspreet等［4］通过测试拱门型可重构机床（arch-type RMT）在不同配置方式下的振动频率来研究该类机床的动态特性；Ma等［5］将可重构机床同它的制造商、供应商和最终用户连接形成一个网络联盟（NA）,实现各种制造资源的协同共享,以降低成本、提高效率和质量；Landers等［6］对可重构机床的硬件和软件系统进行设计,通过实例将可重构机床与专用机床、组合机床、数控机床对比说明其优势；Kannan等［7］提出基于特征的可重构机床通用规划配置方法；Eberhard等［8］研究可重构机床模块接口参数对机床性能的影响；Moon［9］提出基于图论的交替结构配置和螺旋理论的RMT配置方法；Liu等［10］主要讨论了可重构机床基于可配置性、成本、加工精度的多目标优化问题；Wang等［11］提出一种基于遗传算法的优化算法,即通过重新配置系统以逐步扩展可重构机床系统容量的可拓展性规划方法.可重构机床配置设计方案的评价优选是一个多目标综合决策问题.集对理论在处理不确定性信息的过程中,考虑信息的相对性和模糊性,进而将问题本身分为相对确定性和不确定性两部分,在相对确定条件下进行决策,然后利用相对不确定性信息对决策结果进行稳定性分析.孙晋众等［12］根据联系数的取值的不确定性与模糊性,提出基于模糊集值统计的差异度系数取值方法；姜军等［13］提出一种结合集对分析方法和模糊综合方法对事物进行综合评判的方法.可重构机床的设计往往从配置层面出发,通过研究工艺路线,从机床功能域映射到结构域,实现可重构机床的模块配置设计方案.当前研究多侧重配置方案的实现,缺乏对可重构机床设计方案的评价研究,或仅仅从机械系统方面评价配置方案.本文针对可重构机床模块配置设计方案优选排序问题,提出基于集对分析的改进多目标综合决策评价方法.采用集对分析理论对可重构机床模块配置设计方案评价因素的不确定性和模糊性进行分析,通过确定与不确定因素之间的联系和转化,实现可重构机床模块配置设计方案的评价.1.1 可重构机床模块配置设计方案可重构机床配置的出发点是满足工序族的需求变化,即根据加工工艺路线的变化,合理配置机床模块,实现功能域到结构域的映射.机床模块配置包括模块的物理配置和逻辑配置：模块的物理配置是指通过模块重组或组合实现对设备的添加、减少或者替换,完成机械系统部件的重构来满足工序族的动态变化需求；模块的逻辑配置是指动态地完成软件、控制器的重组以配合机床物理模块配置,实现对机床变化的机械部件的控制.通过机床模块重组配置可以改变机床的功能和生产能力,灵活、快速地完成新的加工任务.可重构机床配置设计遵循模块化设计的思想,运用已有的设计方案和相关知识,快速重构新机床.首先,以待加工工件为目标,分析工件表面所需待加工的特征,按工序加工特征的相似性分组,并对同组零件进行组合聚类,利用旋量理论［14］将工序族的加工信息转化为机床所需执行的一系列运动,从而确定可重构机床完成这一系列运动所必备的一系列基本功能.然后映射为机床模块库（包括机械模块和控制模块）中的一系列机床模块,利用图论［14］设计可重构机床的功能结构和定义机床模块的可连结性,从功能结构树的工件结点开始沿顺时针方向连结各结点上的机械模块,生成一系列满足工序需求的功能模块（即机床模块或模块组合）,并由功能到结构的映射完成可重构机床配置及重构配置,对具有特殊要求的机床模块进行补充设计.最后根据机床属性约束信息生成一系列满足工序需求的可重构机床配置方案,完成可重构机床模块的配置设计方案,流程如图1所示.将可重构机床机械系统按功能进行模块划分,主要包括刀库模块、工作台模块、十字滑台模块、床身模块、主轴箱模块、立柱模块6部分.如图2所示,可重构机床模块配置设计方案,首先确立可重构机床的组成系统；之后在机械系统中,根据工艺需求转化及功能结构映射,求解出机床所必备的一系列基本模块；其次每类模块有不同种类、型号的子模块可供选择,依据具体的选择规则及约束配置规则进行选配；最终通过相关的布局分配完成可重构机床的配置设计.在完成机械系统配置以后,同步构建机床的控制系统.控制系统重构的重点是根据上述分析得到的工序族及工序排序,实现可重构机床机械系统的排序与协调的逻辑控制.由于模块种类多,可重构机床模块配置设计方案有多种,通过对配置设计方案的评价分析,选择最优的配置设计方案以满足生产的实际需求.1.2 可重构机床模块配置设计方案评价因素机床的重构评价指标的选取要尽可能全面地反映可重构机床的特征.可重构机床的评价指标大致可以分为成本、质量、时间、可靠性、模块接口复杂度等几类.评价指标的选择遵循了以下原则.1）全面性.指标应较全面地反映可重构机床的主要特征.2）可操作性.评判指标应易于评估和计算.3）透明性.评判指标应具有明确的含义,不出现表达具有歧义的指标.4）非重复性.同一特征不应用多个指标来度量,不出现指标重叠,力求相互独立.5）可比性.指标的确定应便于对不同的机床配置方案作比较.1.2.1 机械系统评价因素上述原则指出可重构机床配置方案评价指标的选取应符合可重构机床的基本特征.针对机械系统模块,充分考虑了面对不同机床可重构的通用性,选取以下指标,使评价更能够全面地反映配置设计方案的优劣.1）重构成本.可重构机床相对于专用机床最大的优势是可以以较低的成本通过机床模块的组合配置实现机床的重构以应对新的加工任务.机床具有的冗余功能与性能最少,成本最低.重构成本是制约可重构机床发展的重要因素,如何降低重构成本,使资源得到最大化利用,这是可重构机床配置设计首要考虑的问题.2）可装配性.机床模块之间定义标准化接口,有利于实现模块之间的重组互换,在模块装配时要考虑模块的实际可装配性.尽管借助于三维软件可以实现模块的虚拟化装配,但在实际操作过程中,装配时间、可装配难易程度必须予以考虑.3）可拆卸性.可拆卸性符合机床模块可重用原则,也有利于机床升级改造.它确保机床模块可以实现一次重构、二次重构乃至多次重构,拆卸简单容易、方便快捷,能够提高重构效率,节省人力、物力成本.4）重构效率.重构效率决定机床能否快速投入生产,获得经济效益.若重构效率低下,则会使机床丧失重构的意义.提高重构效率、减少斜升时间,能够大大促进可重构机床的推广应用.5）机床加工工艺范围.可重构机床可以依据用户的定制而柔性变化加工功能.加工工艺范围取决于模块组合的数量和复杂程度,不同运动形式的组合配置可以使机床加工不同的零件.随着模块数量的增多,机床结构愈加复杂,成本也随之增加.合理的配置模块以获得满足需求的机床加工工艺范围,是评价机床重构方案的重要因素. 6）机床精度稳定性.机床加工精度确保加工零件的精度能够达到要求.机床的精度稳定性受可重构机床模块配置设计方案的影响,尽可能以较少的模块组合配置来实现机床的重构,能够保证机床的加工精度.7）机床动静态刚度.机床动静态刚度是机床重要的性能指标,是评价可重构机床模块配置方案选择的重要参考因素.1.2.2 控制系统评价因素可重构机床控制器系统模块可以分为用户接口控制模块、模式转换控制模块和机床协调模块.控制系统对机床性能的影响主要从准确可靠性、可拓展性、控制器软件运行效率3个方面进行评价.1）准确可靠性.控制器要确保机床模块重构以后,指令参数能够准确地控制相应模块,实现相应的功能.在机床运转过程中,当出现复杂的异常信号时,软件系统能够快速作出反应,避免事故的发生.机床控制系统能够确保机床长时间、准确可靠运行,顺利完成加工任务.2）可拓展性.可重构机床组合模块根据加工任务的变化而不断调整变化,或是机床在原有功能的基础上添加新的组件,控制器系统也随之进行重构.这就要求控制器软件具有较好的可拓展性,能够集成或升级需要的软件模块.3）软件运行效率.软件运行效率是指机床控制系统对指令的响应执行速度.采用性能良好的软硬件、简洁高效的算法以及合理的结构体系,能够使指令以较快的处理速率响应输入参数的需求.机械系统评价因素和控制系统评价因素构成集合U＝｛u 1,u 2,…,um｝,每个因素之间存在一定的联系.机床加工工艺范围广则要求模块组合复杂,必然导致重构成本上升,重构效率和机床动静态刚度受到一定的影响.各个评价因素之间存在必然的联系,也存在不确定性和模糊性.现有的研究侧重于从模块布局配置方面实现机床重构,忽略了上述评价因素之间的不确定关系,如何客观地处理这种不确定性,势必影响整个可重构机床的选配.1.3 可重构机床配置设计方案评价流程针对配置设计方案评价因素不确定性和模糊性的特点,引入模糊评价,利用集对分析理论对评价因素进行相关性分析,构建模糊语言值并对其转化处理.结合层次分析法（AHP）确定权重系数,利用方案贴近度进行排序,建立综合评估决策模型求解出最优的配置设计方案.可重构机床配置设计方案的评价流程如图3所示.针对可重构机床模块配置设计方案集,利用基于集对分析理论的模糊综合评价方法对方案集进行排序择优,求解出最佳的配置设计方案.针对配置设计方案评价因素不确定性和模糊性的特点,对评价因素进行同异反联系度分析,构建模糊评价语言并将其转化为三角模糊数,进而建立评价决策矩阵；结合层次分析法（AHP）确定评价因素权重分配；利用方案贴近度进行方案综合性能排序,最终得出最优的配置设计方案,如图4所示.2.1 同异反联系度集对分析理论［15］的基本思路如下：在具体的问题背景下,对集合A和集合B组成的集对特性展开分析,共得到N个特性,其中N＝S＋P＋F.其中S个为集对中两个集合所共有,这2个集合又在另外P个特性上相对立,在其余F个特性上关系不确定,则2个集合的联系度为式中：a＋b＋c＝1；μ为联系度；S／N为集合A与集合B的同一度,简记为a；F ／N为差异度,简记为b；P／N为对立度,简记为c；对立度系数j≡－1.差异度系数i描述了某些特性既不属于同一性、又不属于对立性的程度,i∈［－1,1］.若差异性完全转化为同一性,则i＝1；反之变为对立性,则取i＝－1.若同一性的因素多一些,则i∈［0,1］；若对立性的成分多一些,则i∈［－1,0］.基于集对分析理论,分析各个评价因素之间的同异反联系度,对同一需求下的不同指标的同一度、差异度、对立度进行相关性分析,建立面向工序族需求的配置设计方案数学评价模型.2.2 同异反联系度评价模型设整个模块资源可以形成的满足配置准则的机床重构配置方案集S＝｛S 1,S 2,…,Sm｝,假定目标理想最优方案S o＝｛S o1,S o2,…,S om｝,则对于重构配置方案中任一方案Sk与工序族需求方案S o形成的集对H＝（Sk,S o）,得到同异反（identical different opposite,IDO）联系度表达式：式中：表示第k个配置方案S k（k＝1,2,…,n）与工序族需求方案S o组成集对后关于第t个评价因素的同异反联系度.影响配置方案选择的评价因素集U＝｛u1,u2,…,um｝的各因素的权向量为W＝［ω1,ω2,…,ωm］.式中：ωt≥0,在集对中表示同一度,ck＝表示对立度,两者均为确定项；bk＝表示集对的差异度,表示评价指标的不确定性,但在bk中实际上存在确定的部分,即存在着属于同一度的部分,也可能属于差异度的部分.将不确定bk展开分析,将确定的部分剥离出来,进一步提高评价的准确性和可靠性.根据文献［16］将bk分解,bk＝bk×（a k＋bk＋ck）＝a kb k＋bkb k＋bkc k.其中,akb k表示b k中倾向于好的部分,这里将akb k归纳为同一度；bkc k表示b k中倾向于不好的部分,这里将bkc k归纳为对立度；bkb k表示剥离后的差异度,改进后的同一度为改进后的差异度为改进后的对立度为由式（2）改进为2.3 层次分析法确定权重系数层次分析法是一种将定性和定量相结合、将人的主观判断用数量形式表达和处理的层次化的分析方法.利用AHP确定评价因素权重的基本步骤如下.1）根据标度理论,构造两两比较矩阵,即判断矩阵A＝［uij］m×m.2）归一化处理,求解判断矩阵A的最大特征根λmax对应的特征向量w,方程表示为3）进行判断矩阵一致性检验.2.4 建立配置方案语言值评价决策矩阵数学评价模型建立后,将模糊的评价语言转化为定量化的数学语言,针对机械系统模块和控制系统模块的各个评价因素,建立模糊语言评价矩阵.模块资源形成的配置方案集S＝｛S 1,S 2,…,Sm｝,选取机械系统模块和控制系统模块中的评价因素集U ＝｛u 1,u 2,…,um｝,构建优选问题语言评价决策矩阵D＝［d ij］n×m.其中dij∈V,d ij为评价因素u i对配置方案Sk的评价；V＝｛很差,差,中下,中等,中上,好,很好｝为7级语言评价集,其中：很差＜差＜中下＜中等＜中上＜好＜很好.根据模糊集合理论,将划分的评价语言值转化为［0,1］区间上的三角模糊数［17-18］,如表1所示.可以得到评价决策矩阵D＝［d ij］n×m,对应的模糊数决策矩阵.由此构建评价值与理想值（1,1,1）＝1之间集对,进而将模糊数形式的配置方案评价转化为联系数形式μij.式中：aij表示指标值能够达到理想的程度,表示指标值不确定的程度,bij表示指标值不能达到理想的程度,cij＝1－.于是,可得联系数形式的方案评价决策矩阵μ＝［μij］n×m.配置方案Sk与工序族需求方案S o形成集对H＝（Sk,S o）与评价值与理想值（1,1,1）＝1之间集对H＝,1）是一一对应关系.将方案Sk与S o形成的集对H＝（Sk,S o）转化为具体参数值表现形式的集对H＝,1）.2.5 基于方案贴近度的综合评价根据方案集的评价决策矩阵,通过对比各方案的评价值,综合比较出最佳方案.引入方案贴近度［19］的数学模型.方案贴近度表示设计方案与理想最优方案的接近值.通过以上各方案集对的比较,得出最佳的贴近度方案.最佳方案匹配数学模型为上述数学模型表示方案Sk与最理想方案S o的相对贴近度,M越大,表示设计方案Sk越接近于最理想方案,可以按照M的大小进行最终的设计方案取舍.为了验证基于集对分析的可重构机床模块配置设计方案评价方法的有效性与可靠性,选取某立式加工机床VDL作为研究对象.根据工序族的需求,采用开发的可重构机床模块配置设计系统（该系统采用C／S架构,开发工具为Microsoft Visual C＋＋2003,运行框架为Net Framework 4.0,数据库为SQL server 2008 R2）,依据机床属性信息约束进行模块组合配置,并在Pro／E二次开发的平台上获得VDL系列机床配置方案.3.1 工艺参数获取与转化如图5所示为注塑机移动模板.该工件毛坯为铸件,批量生产.加工需求如下：两端面A、B,端面上的盲孔和通孔及螺纹孔,端面上的T型槽,侧面上的工艺孔.对该加工工件进行工艺聚类分析,由表2可知,注塑机移动模板的加工特征可以分为4类：铣端面、铣T型槽、钻孔类和镗孔类.其中钻孔包括打盲孔和钻通孔及攻螺纹孔.3.2 配置方案生成根据工艺聚类分析结果,利用旋量理论将工序族的加工信息转化为机床所需执行的一系列运动,如表3所示,从而确定可重构机床完成这一系列运动所必备的一系列基本功能.在开发的可重构机床模块配置设计系统中,由映射关系从机床模块库中求解出一系列模块,并将模块分配到连接图的各个节点上,如图6（a）、（b）所示.利用图论完成可重构机床配置及重构配置,如图6（c）、（d）所示,得到5组可重构机床模块配置设计方案.综合考虑重构成本、可装配性、可拆卸性、重构效率、机床加工工艺范围、机床精度稳定性、机床动静态刚度以及控制器系统的准确可靠性、可拓展性、软件运行效率10个方面的评价因素指标,对各方案进行相关的分析计算,由专家分析得到5个方案在各个评价因素下的模糊语言评价,构建语言值评价决策矩阵,如表4所示.对于重构成本,成本越少越好,所以专家评价语言中评价值“好”、“很好”表示重构成本低,其他评价因素的评价语言值越高,代表其性能越好.3.3 同异反联系数形式矩阵对方案S 1～S 5进行语言值评价后,将语言值转为三角模糊数的表现形式,进而将模糊数形式的配置设计方案评价矩阵转为同异反联系数形式矩阵.根据式（7）得到改进后的同异反联系数矩阵：3.4 权重系数赋值根据重构成本、可装配性、可拆卸性、重构效率、机床加工工艺范围、机床精度稳定性、机床动静态刚度以及控制器系统的准确可靠性、可拓展性、软件运行效率10个方面的评价因素指标对可重构机床配置设计方案的影响分析比较,构建评价因素重要性判断矩阵：通过计算求得判断矩阵A的最大特征值λmax＝10.713,对应的特征向量为对判断矩阵的一致性进行检验,CR＝CI／RI＝0.053＜0.1,判断矩阵A的一致性结果是可以接受的.判断矩阵A的最大特征值λmax对应的特征向量w经过归一化处理得到各评价因素的权重分配：3.5 方案贴近度根据式（7）计算得到改进后的各方案与最理想方案S o的IDO联系向量为各个方案与最理想方案组成集队后得到的同异反联系度表达式为根据式（2）求得的各方案同异反联系度表达式为根据式（10）计算出各个方案的贴近度,可得未改进的各个方案的贴近度如下：通过排序得出各方案与理想方案贴近度的优先值,如下：未改进的各方案的贴近度排序为为了更形象地对比各配置设计方案,绘制蜘蛛图来直观说明各方案的优劣,如图7所示.由于控制系统所占的比重很小,不考虑控制器系统模块.蜘蛛图只显示机械系统评价因素.由方案贴近度排序计算求解,可知方案3为最优的可重构机床模块配置设计方案.方案3存在不足,由图7可知,方案3的可重构机床加工工艺范围较小,在实际的生产中受到一定程度的制约,但对于较不复杂的加工任务,方案3无疑是最佳选择.对于方案1来讲,从图7可以看出,方案1是各个因素表现都比较全面的代表,而贴近度只比方案3小了一点,当面对加工工艺较复杂时,方案1的优势较明显.综合上述求解与分析,无论从成本、效率、机床性能等多方面考虑,方案3和方案1为最佳备选配置设计方案.针对方案5,重构效率、装配性与可拆卸性能较差,不能迅速、敏捷地满足可重构机床对于工序族需求的变化,但是机床加工工艺范围以及机床的性能表现突出；若企业面对大规模订单,则可以考虑实施方案5,从而保证产品的质量.本文提出一种面向可重构机床模块配置设计方案的排序择优方法.利用集对分析方法和蜘蛛图表达,将各配置设计方案中影响评价因素的不确定、模糊信息最小化,从而使方案贴近度综合评价模型更加科学、准确,既通过模型求解作出决策,又结合各主要评价因素权重分配关系的蜘蛛图直观表示,获得满足需求的可重构机床配置设计方案.通过VDL系列可重构机床5个模块配置设计方案的择优排序,验证了本文所提方法的可行性和有效性.由于可重构机床配置设计方案评价因素中每一个因素都不是独立的,它们之间存在着相互联系和约束,改进和完善可重构机床配置设计方案评价模型和方法,是下一步的研究重点.【相关文献】。

可重构机床的构形设计方法及选择研究

可重构机床的构形设计方法及选择研究可重构机床的构形设计方法及选择研究摘要：可重构机床是一类具有多种加工能力和结构可变性的先进装备，能够实现多功能加工，提高加工大规模复杂件的加工效率和精度。

本文通过对可重构机床构形设计方法及选择进行研究，分析了可重构机床的工作原理及其特点，阐述了构形设计的基本原则和构形选择的方法，提出了在可重构机床中常用的构形形式，并探讨了可重构机床的构形优化和自适应控制技术。

研究表明，可重构机床具有优秀的可重构性和灵活性，是大规模复杂件加工的理想设备，而构形设计及选择对其性能和工作效率具有重要的影响。

关键词：可重构机床，构形设计，构形选择，构形形式，构形优化，自适应控制一、引言可重构机床是一种极具前景的高级设备，能够实现多种加工能力及结构可变性，可灵活满足不同工件的加工需求，逐渐成为现代制造工业中的重要组成部分。

构形设计及选择是可重构机床的关键技术之一，对其性能和工作效率具有重要影响。

因此，本文在对可重构机床的工作原理和特点进行分析的基础上，着重探讨可重构机床的构形设计方法及选择。

二、可重构机床的工作原理及特点可重构机床是利用多种加工模块组成，并通过模块间的组装及调节，实现多种工艺加工能力和结构变换性的一类高级加工设备。

其工作原理是通过对不同的加工模块进行组装，形成不同的工艺加工方式，实现多功能加工，提高加工大规模复杂件的加工效率和精度。

可重构机床的特点主要体现在以下几个方面。

（1）多种功能加工能力：可重构机床可以通过更换不同的加工模块，实现多种工艺加工方式，如车、铣、钻、磨等，具有强大的加工能力。

（2）结构可变性：可重构机床的结构可根据不同工件的加工需求进行灵活调整，能够适应不同的加工要求，具有较强的灵活性。

（3）高精度加工：可重构机床采用高度精密的加工模块和控制系统，能够实现高精度的加工，满足多种工件的加工需求。

（4）智能化控制：可重构机床采用先进的数控技术和自适应控制策略，能够实现智能化控制，提高加工效率和精度。

一种可重构数控系统、重构方法

一种可重构数控系统、重构方法专利名称：一种可重构数控系统、重构方法技术领域：本发明属先进控制与先进制造领域，具体涉及一种基于PC的、全方位开放的、标准化的可重构数控系统及其重构方法，以适应可重构制造系统对数字控制系统的要求。

背景技术：可重构制造系统是先进制造的研究前沿，是未来制造系统的发展方向。

1998年，美国国家研究委员会发表了 “2020年制造业面临的挑战”的研究报告，将可重构制造系统列为10大关键技术的第一位。

对可重构制造系统具有决定性意义的是可重构机床RMT(Reconfigurable Machine Tools)。

十余年来，数字信息技术突飞猛进，可重构机床毫无进展，其原因在于可重构机床必须建立在可重构数控系统的基础上。

没有可重构数控系统，可重构机床则成无米之炊。

数控系统的可重构性成为可重构制造系统中亟待解决的关键技术。

可重构数控系统应该是一种开放式数字控制系统，这是本领域的共识。

自从1952年美国MIT研制出第一台电子管数控系统以来，历经晶体管、集成电路、小型计算机、微型计算机之后，数控系统于上世纪八十年代发展为基于PC的开放式数控系统，产生了现有开放式数控系统的三种模式PC嵌入NC模式、NC嵌入PC 模式、软开放式模式。

NC嵌入PC模式的所谓基于运动控制器的开放式数控系统成为现有开放式数控系统的主流，运动控制器成为一个高新技术产业并风靡全球。

开放式运动控制器在美国被誉为新一代的工业控制器，在日本被认为是将来的第三次工业革命。

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers,电气电子工禾呈师协会)关于开放式数控系统的定义为“符合系统规范的应用系统可以运行在多个销售商的不同平台上，可以与其它系统的应用进行互操作，并且具有一致风格的用户交互界面。

”中国国家标准《GB/T 18759. 1-2002 ·机械电气设备·开放式数控系统第1部分总则》抓住IEEE定义的本质并遵循IEEE定义的基本原则，在3. 1款中直截了当将开放性定义为应用软件的“即插即用”，将开放式数控系统定义为“指应用软件构筑于遵循公开性、可扩展性、兼容性原则的系统平台之上的数控系统，使应用软件具备可移植性、互操作性和人机界面的一致性。

一种可重构机床设计方法研究

ｄｆｒｎｈｒｃｅｓａｄｍａｓｐｏｕｔｎｔｒｕｈｉｅｏｔｕａｉｎｏｔｃｕｅａｄｆｎｔｎＡｎｈｉｅｅｔｃａａｔｒｎｓｒｄｃｉｈｏｇｔｒｃｎｉｒｔｆｓｒｔｒｎｕｃｉ．ｆｏｓｇｏｕｏｄｔｅｐｏｏｅｃｅｆＲｒｐｓｄｓｈｍｅｏＭＴｃｎｂｓｔｅｄｓｇｅｅｅｃｏＭＴ．ａｅａｈｅｉｎｒｆｒｎｅｆｒＲｓＫｅｗｏｄ：ＲｅｏｆｕａｌＭａｈｎｏｌ；ＤｅｉｎＭｅｈｄ；ＳｒｃｕａｃｅｙｒｓｃｎｇｒｂｅｉｃｉｅＴｏｓｓｔｏｓｔｔｒｌＳｈｍｅ；Ｍｏｕａｇｕｄｌｒ
可重构机床（ｅｏｆｕａｌＭａｈｎｏｌ，ＲＴＲｃｎｇｒｂｅｃｉｅＴｏｓＭ）ｉ
想的重要保证。本文从ＲＴ模块群设置开始，出一种ＲＭ提ＭＴ设计方案，并给出其原型数字化样机模型。然后基于加
是面向批量生产而提出的一种可通过自身结构的变化重新配置机床功能的新型机床设计思想。因此ＲＴＭ
为批量生产企业快速、经济地满足多变的市场加工需求提供了一条有效解决方案 ¨ 。目前有关可重构机床的研究已引起国外研究机构和企业界的高度重视，并已取得不少的研究成果，到目前为止还未形成一但
关键词：重构机床可

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ｃｎｆｇａｉｎａｕｔｏｉｕｒｔｏｌｙｏ；ｍｏｌｄｕｅ
规划中的物理实施，并使得图文法模型的图转换操作可以自
动映射到实际配置系统的动态配置上．面表达了可重构机全
床在配置规划中的相关特征和目标任务的对应变化，现了实
了基于图文法的可重构机床配置规划方法．用图文法直观使
而形像地刻画动态体系结构的配置行为，用基于图文法的利平行模块配置技术，现了体系结构图模型在具体系统配置实
Ｋｅｒｓｒｐａｙｗｏｄ：ｇａｈｇｍｍａ；ｒｃｎｉｕａｌｃｉｅｔｏｓｒｒｅｏｆｒｂｅｍａｈｎｏｌｇ；
Ａｐ．２１ｒ０１
文章编号：２３３４（０１０ —５１００５．７Ｘ２１）４０８．５
ＤＩ１．９９ｊｉｎ０５ —７ｘ２１．４０１Ｏ：０３６／．ｓ．２３３４．０１０．２ｓ
基于图文法的可重构机床配置规划方法
平行模块配置规划技术．过实例验证了该方法．通关键词：图文法；重构机床；置规划；模块可配中图分类号：Ｆ２３２７．文献标识码：Ａ
为使制造企业能适应迅速变化的市场环境，出现了可重组制造的制造模式．当市场发生一定程度
ｏｄｒｔｉｒｖｒｓｏｓｓｅｄｏｑｉｋｓｒｃｕｅｒｅｏｍｐｏｅｅｐｎｅｐｅｆｕｃｔｕｔｒ
ｃｎｆｇｕａｔｏｌｙｏｆｍａｕｆｃｕｅｓｓｅ．ｈｏｉｕａｉｏｉｒｉｎａｕｔｏｎａｔｒｙｔｍＴｅｃｎｆｇｒｔｏｎ
第３９卷第４期２１０１年４月
同济大学学报（然科学版）自
Ｊ１ＮＩＯＯＧＩＮＶＲＩＹＮＴＲＬｓＩＮＥ０ＩＡ，ＦＴＮＪＵＩＥＳＴ（ＡＵＡＣＥｃ）Ｒ
Ｖｏ１３．９Ｎｏ．４
ＭａｈｉｅＴｏｌｃｎｏｓ
ＺＥＧＦａｉＮｌ，ＬＩｐｎＡｉｉｇ，ＸＩＥＮａｎ，ＸＵＬｙｎｉｕ
（ｎｔｕｅｏｄａｃｄＭａｕａｔｒｇＴｅｈｏｏｙ，ｏｇｉｉｅｓｔ，ＩｓｉｔｆｖｎｅｎｆｃｕｉｃｎｌｇＴｎｊＵｎｖｒｉｔＡｎｙ
变化时，可重组制造系统能够基于现有自身系统，在系统规划与设计规定的范围内，过改变可重构机通床的模块化构件，通过移动、换和添加可移动性或更设备，以逻辑重构方式，成虚拟制造单元；据或生根变化动态，速地调整生产过程、能和能力，短快功缩益，使冗余生产能力或功能最小．可重构机床（ｅｏｆｕａｌｃｉｅｔｏ，ｒｃｎｉｒｂｅｍａｈｎｏｌｇｓＲ）可重构制造系统的重要组成部分．ＭＴ是它与普通机床的最大区别在于：户能够根据不同的加工任用务及时调整机床的模块组成、置，配以满足不同零件的加工需求．造生产线上的加工设备类型和数量制
曾法力，李爱平，谢楠，立云徐
（同济大学现代制造技术研究所，上海２０９）００２
摘要：提高制造系统的快速结构配置规划响应速度，出为提
ｓｕｙｖｌａｅｅｐｏｓｄｍｅｈｄｔｄａｉｔｓｔｒｐｅｔｏ．ｄｈｏ
ＡＭｅｈｄＢａｅｏＧｒｐＧｒｍｍａｏｔｏｓｄｎａｈａｒｆ
ＣｎｇｒｔｏＬｙｕｏＲｅｏｆｇｒｂｅ系统研制周期，ｏｆｕａｉｎｉａｏｔｆｃｎｕａｌｉ降低生产和重构成本，高的经济ｎｈｉ２００９Ｃｉａ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｈａｅｒｓｎｓａｍｅｈｄｂｓｄｇａｈｇａｅｐｐｒｐｅｅｔｔｏ－ａｒｐｍｍａｅｒｒ
ｏｈｏｆｕａｉｎｌｙｕｆｒｃｎｇｒｂｅｍａｈｎｏｌｉｆｔｅｃｎｇｒｔａｏｔｏｅｏｆｕａｌｃｉｅｔｏｓｎｉｏｉ
可根据新工艺需求重构，重构过程由客户需求驱动，
因此，配置规划是可重构机床的重要重构基础．文献［ —２提出了一种产生机床所有可能构形配置的方１］法，给出了机床的基本模块以及约束条件和基本并