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0 引言
　　隨著工業(yè)4.0、智能制造在國內(nèi)的興起和推廣，越來越多的企業(yè)在向無人化車間、無人化生產(chǎn)線轉(zhuǎn)變。對于待成形產(chǎn)品的減量式加工，一般會采用加工中心。但現(xiàn)在客戶定制化越來越普遍，訂單的個性化、任務(wù)達到時間的隨機性、個性化質(zhì)量要求的多樣性等，對加工中心的制造系統(tǒng)提出了更高的要求，比如加工中心刀庫設(shè)計要求、系統(tǒng)刀具多樣性要求、系統(tǒng)刀具調(diào)度策略合理性要求以及刀具使用壽命控制等。在車銑復(fù)合加工中心的自動生產(chǎn)線中，刀庫更新無法避免，特別是對于加工零件類型多樣性、加工工序多樣性、刀庫刀位有限性以及任務(wù)到達順序不確定的情況下，刀庫刀具更換會更加頻繁。
目前國內(nèi)外對可以處理多類產(chǎn)品、多道工序的車銑復(fù)合加工中心刀庫更新的策略研究不多，對于刀具使用壽命研究也過于理論化，難以適應(yīng)具體的工程應(yīng)用。曹樂等分析刀具預(yù)防性更換與故障性更換之間的差異，對故障性刀具更換時間的不確定性進行描述，建立刀具更換的時間成本模型，最后以單位產(chǎn)品平均成本最小化為目標，建立一種刀具更換周期決策模型[1]；DENG Y H 和JEANG A 等人基于刀具更換成本和加工過程中刀具更換決策，通過研究分析提出一種最優(yōu)刀具更換決策方法[2,3]；王新剛等以刀具失效率為判據(jù)，建立了如何確定被更換刀具的工序及換刀時間的方法[4]；張敏等提出了刀具磨損的過程能力指數(shù)計算方法，將過程能力與成本相結(jié)合，提出了用于確定最佳刀具初始狀態(tài)和維修周期的模型[5]。一些學(xué)者從刀具可靠性分析研究刀具更換決策問題，如LIU P H 等針對柔性制造系統(tǒng)建立了刀具更換周期的優(yōu)化決策模型[6]。
　　以上參考文獻主要是對單一刀具使用壽命的研究，刀具達到使用壽命或刀具故障導(dǎo)致的換刀。現(xiàn)以典型的單加工中心制造單元為研究對象，運用Plant Simulation 仿真軟件對單加工中心制造單元進行仿真建模，在多任務(wù)、多工序且任務(wù)隨機到達的情況下，采用不同的刀庫更新策略研究系統(tǒng)換刀頻率，從而提出啟發(fā)式改進方法。
1 問題描述
　　在包含車銑復(fù)合加工中心的自動化生產(chǎn)單元中，生產(chǎn)過程中由于加工中心刀庫的刀位有限，刀具更換無法避免。刀具更換時加工中心必須暫停工作，且刀具更換時間不可忽略，所以刀具更換對加工中心的生產(chǎn)效率有一定影響，必須在生產(chǎn)過程中合理安排刀庫刀具，使加工過程中刀庫的更新次數(shù)減少，且每次刀具更新時刀具更換數(shù)量少，使完成給定加工任務(wù)時刀庫刀具變更所耗費時間最少。
　　由于實際應(yīng)用過于復(fù)雜，現(xiàn)將問題抽象描述，預(yù)設(shè)一些條件或參數(shù)以便于研究。在建立仿真模型之前先假設(shè)：①任務(wù)總量和任務(wù)類型已知、每個任務(wù)零件數(shù)量和加工工序已知、所用刀具種類和數(shù)量已知；②同系統(tǒng)各種刀具使用壽命因加工任務(wù)不同而不同，存在公用與專用刀具；③所有刀具更換時間。單加工中心自動生產(chǎn)線如圖1 所示。
2 仿真模型設(shè)計與實現(xiàn)
2.1 仿真流程分析
（1）系統(tǒng)刀具初始化：根據(jù)系統(tǒng)刀具及各自數(shù)量生成相應(yīng)刀具。
（2）任務(wù)到達與裝盤：任務(wù)到達之后，申請對應(yīng)的托盤裝載零件，等待加工。
（3）加工中心刀庫更新：由預(yù)設(shè)定的刀具調(diào)度策略，根據(jù)不同的任務(wù)對刀庫進行更新。
（4）系統(tǒng)刀具更新：將達到使用壽命的刀具送至裝載中心進行刀具更換。
2.2 換刀流程分析及刀具調(diào)度策略
　　系統(tǒng)刀具可分為 2 類：專用刀具和公用刀具。專用刀具指定的某一種零件的某一道工序的加工，該刀具的特點是刀具使用壽命容易控制；公用刀具至少能夠加工某一種零件或某一道工序，該刀具的使用壽命不容易控制，因為加工不同零件工序時的損耗不一樣。
　　刀具調(diào)度策略首先獲取要加工的任務(wù)類型，其次根據(jù)系統(tǒng)信息獲取要加工的任務(wù)所用的刀具，當前一類任務(wù)加工完成以及對刀庫刀具使用壽命進行更新完畢之后，開始對刀庫進行更新，對刀庫更新有兩部分：①將達到使用壽命的刀具移至刀具裝載站進行刀具更換，在系統(tǒng)中補一把全新的刀具，并將其放在刀架對應(yīng)的位置；②根據(jù)要加工的任務(wù)配置刀庫刀具，這時需要掃描刀庫刀具信息，把要用到的刀具留下，如果存在沒有的刀具，從刀架找到要用的刀具并通過機械手移至加工中心刀庫，若刀庫沒有空刀位，從刀庫移除一把不用的刀具至系統(tǒng)刀架，直至加工任務(wù)所用的刀具全部備齊至刀庫。刀具調(diào)度策略如圖2 所示。
換刀順序?qū)庸ぶ行膿Q刀頻率的仿真優(yōu)化

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4 結(jié)束語
　　通過對含有車銑復(fù)合加工中心的刀庫刀具更換問題進行描述，對其進行仿真建模，在不同任務(wù)到達順序的情況下，通過一系列的仿真策略得出相關(guān)的仿真試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過對試驗數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)哪些刀具類型的更換比較頻繁，然后在生產(chǎn)過程中，著重對相關(guān)刀具進行優(yōu)先配置，可以有效減少總的換刀次數(shù)，從而減少由于刀具更換帶來的時間損耗，提高生產(chǎn)效率。

分類：加工中心

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