喻道遠(yuǎn)，張三強(qiáng)，邵新宇

YU Dao-yuan, ZHANG San-qiang, SHAO Xin-yu

（華中科技大學(xué) 機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430074）

類引力機(jī)制排序方法及其應(yīng)用

Gravity -like mechanism sort with its application

喻道遠(yuǎn)，張三強(qiáng)，邵新宇

YU Dao-yuan, ZHANG San-qiang, SHAO Xin-yu

（華中科技大學(xué) 機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430074）

針對(duì)汽車生產(chǎn)過(guò)程中涂裝車間排序問(wèn)題，結(jié)合線性緩沖區(qū)提出了一種新的類引力機(jī)制排序方法，構(gòu)建了該方法的數(shù)學(xué)模型及緩沖區(qū)Petri網(wǎng)絡(luò)模型，并對(duì)該排序方法進(jìn)行了實(shí)例分析，分析結(jié)果顯示，該方法能有效的提高涂裝車間的生產(chǎn)效率，減少涂裝生產(chǎn)過(guò)程中的換漆次數(shù)。

類引力機(jī)制；緩沖區(qū)；涂裝；Petri網(wǎng)

0 引言

在汽車涂裝生產(chǎn)過(guò)程中，不同顏色的車身噴涂，必須面臨換漆及清洗噴涂管道等一系列工作，針對(duì)這一工程需求，本文結(jié)合生產(chǎn)線常用的線性緩沖區(qū)研究了一種類引力機(jī)制排序方法，運(yùn)用車身編碼方式，將車身粒子化，通過(guò)粒子間引力大小引導(dǎo)車身排序工作，同時(shí)構(gòu)建了線性緩沖區(qū)Petri網(wǎng)模型[1]，并通過(guò)實(shí)例分析，驗(yàn)證了該排序方法的有效性。

1 類引力機(jī)制排序方法

1.1 引力機(jī)制排序方法原理

1.2 引力機(jī)制排序方法的基本步驟

引力機(jī)制排序方法主要由四個(gè)基本步驟組成，即生產(chǎn)計(jì)劃獲取，特征編碼，引力計(jì)算，軌道搜索，該排序方法流程如圖1所示。

方法步驟：

1）計(jì)劃獲取

圖1 類引力機(jī)制排序方法流程

從涂裝車間當(dāng)天生產(chǎn)計(jì)劃獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)如顏色種類，數(shù)量比例等信息

2）車身粒子化特征編碼

將車身看成緩沖區(qū)空間具有質(zhì)量的粒子。為達(dá)到同色排序且優(yōu)先噴涂比例較大顏色種類的車身，將車身粒子質(zhì)量與該顏色車身數(shù)量比例關(guān)聯(lián)，該顏色車身數(shù)量比例越大，則粒子質(zhì)量越大，各粒子的編碼順序按照粒子的質(zhì)量從大到小依次編訂，編碼之間的間隔轉(zhuǎn)化成粒子之間的距離進(jìn)行引力計(jì)算。

3）引力計(jì)算

4）粒子運(yùn)動(dòng)

緩沖區(qū)矩陣可表示為

j為排序緩沖軌道數(shù)，i為各條緩沖軌道的容量。緩沖區(qū)引力靶粒子組表示：

緩沖區(qū)溢出粒子組表示：

緩沖區(qū)引力靶粒子組M1[j]由排序緩沖區(qū)各軌道入口處粒子組成，引力靶粒子初始化過(guò)程中，緩沖前導(dǎo)區(qū)粒子序列P依次進(jìn)入各緩沖軌道，形成引力靶粒子組，后續(xù)粒子在進(jìn)入緩沖區(qū)排序軌道時(shí)將以M1[j]為標(biāo)靶，自動(dòng)尋找引力最大的軌道進(jìn)入。新的粒子進(jìn)入軌道后，M1[j]的粒子元素將更新，生成新的引力靶粒子組。

2 應(yīng)用算例

結(jié)合常用線性緩沖軌道及部分涂裝生產(chǎn)序列,對(duì)該排序方法進(jìn)行應(yīng)用分析。

2.1 緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)建模

2.1.1 常用線性緩沖軌道結(jié)構(gòu)

目前的用于排序的緩沖區(qū)主要有，線性排序緩沖區(qū)，后移緩沖區(qū)，隨機(jī)存取緩沖區(qū)，環(huán)形緩沖區(qū)等[2]。整車生產(chǎn)線的常用線性排序緩沖區(qū)軌道結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，白車身從焊裝車間下線后成隨機(jī)數(shù)列進(jìn)入涂裝緩沖區(qū)的前導(dǎo)區(qū)G0，由前導(dǎo)區(qū)進(jìn)入各條緩沖軌道G11—G1n進(jìn)行優(yōu)化排序后離開緩沖區(qū)，進(jìn)入輸出軌道Gn。

圖2 線性排序緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 petri網(wǎng)模型

使用Petri網(wǎng)模型對(duì)線性排序緩沖區(qū)建模，Petri網(wǎng)是一個(gè)五元組[3]：PN=（P,T,I,O,M0）, 其中：

M0：為初始狀態(tài)。

線性排序緩沖區(qū)的Petri網(wǎng)模型如下圖：

圖3 緩沖區(qū)Petri網(wǎng)模型

表1 緩沖區(qū)Petri網(wǎng)模型庫(kù)所和變遷的定義

在緩沖區(qū)排序過(guò)程中，從焊裝車間下線的車身，進(jìn)入涂裝車間緩沖區(qū)，經(jīng)t1進(jìn)行信息采集統(tǒng)計(jì)后進(jìn)入緩沖前導(dǎo)區(qū)（P1），遵循引力吸引規(guī)則進(jìn)行排序軌道選擇（t2）進(jìn)入不同的緩沖軌道（P11……P1n），最后經(jīng)選擇輸出（t3）控制軌道（P11……P1n）中的車身有選擇的先后進(jìn)入軌道（P3）完成排序。

2.2 應(yīng)用分析

以有序車身涂裝序列P為例，結(jié)合存儲(chǔ)軌道數(shù)為3，軌道容量為10的線性排序緩沖區(qū)，分析引力機(jī)制排序方法，序列中A、B、C、D、E分別為不同顏色：

2.2.1 計(jì)劃獲取

該序列共有5種顏色，30輛車身，各顏色數(shù)量及比例如下：

2.2.2 車身粒子化特征編碼

根據(jù)各顏色比例，粒子質(zhì)量大小如下：B=D>C>A=E，各顏色編碼依次為：

序列轉(zhuǎn)化：

轉(zhuǎn)換為編碼序列：

2.2.3 引力計(jì)算

以該顏色車身數(shù)量比例為該粒子質(zhì)量，編碼之間間隔為粒子之間距離，進(jìn)行引力計(jì)算。各粒子之間引力大小關(guān)系如下：

2.2.4 粒子運(yùn)動(dòng)描述

緩沖區(qū)有三條緩沖軌道j=3，每條軌道容量為n=10，該緩沖區(qū)矩陣可表示為

如圖3所示，有序數(shù)列P'經(jīng)t1進(jìn)行顏色信息采集后進(jìn)入前導(dǎo)區(qū)P1，經(jīng)t2進(jìn)入各緩沖軌道形成初始引力靶粒子組：

3 結(jié)束語(yǔ)

類引力機(jī)制排序方法，是一種全新的排序方法，通過(guò)對(duì)車身的個(gè)性化編碼能有效的適應(yīng)涂裝生產(chǎn)排序的要求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)排序，降低涂裝生產(chǎn)過(guò)程中的換漆次數(shù)。在車身顏色種類較多，且不增加軌道數(shù)量的情況下，配合車身回調(diào)軌道對(duì)個(gè)別車身進(jìn)行重新排序，或在不增加軌道數(shù)量的情況下，調(diào)整軌道結(jié)構(gòu)，進(jìn)行多級(jí)排序?qū)⒏荏w現(xiàn)該排序方法的優(yōu)越性。

[1] 李培根.制造系統(tǒng)性能分析建?！碚撆c方法[M].武漢:華中理工大學(xué)出版,1998.

[2] 黃剛.混流裝配生產(chǎn)的計(jì)劃排序及其執(zhí)行過(guò)程管理[D].華中科技大學(xué),2007.

[3] 周凱,劉成穎.現(xiàn)代制造系統(tǒng)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.

TH166

A

1009-0134(2010)11(下)-0010-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(下).04

2010-08-31

喻道遠(yuǎn)（1956 -），男，教授，主要從事MES、機(jī)電控制工程、機(jī)械加工自動(dòng)化、CAPP等方面研究。