智能RGV的动态调度策略优化:一道工序物料加工作业情况下的最佳调度模型设计"

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智能RGV的动态调度策略旨在根据题目给定的智能加工系统及系统作业参数,针对不同情况建立数学模型,以实现最佳的调度策略。本文主要关注三种具体情况:工作环境下的一道工序物料加工作业情况、两道工序物料加工作业情况以及作业中的故障处理。在一道工序加工作业情况下,RGV会根据设定的调度模型,在完成当前指令后若未接收到任何CNC的上料需求信号,立即判定执行一次移动指令,移动到下一个发出上料需求信号的CNC前,以提高作业效率。同时,RGV具有短时间的记忆存储功能,可以记录与匹配RGV与各CNC的最后一次交互时间,基于此设计了“八步一走”调度模型,通过遍历搜索选择未来八次移动后,总等待时间最小的路径的第一步移动指令作为当前的移动指令。通过这一策略的运用,可以最大化利用CNC的工作时间,提高整个系统的效率。 在两道工序物料加工作业情况下,本文采用了类似的调度策略,但考虑到每台CNC需要两道工序的加工过程,对于RGV的调度提出了更为复杂的问题。需要在保证作业效率的同时,考虑到两道工序之间的顺序关系,确保物料在两道工序中能够顺利完成加工。通过建立数学模型并运用“八步一走”调度模型,对两道工序加工情况下的最佳调度策略进行了研究和分析。同样地,根据题目给定的数据进行计算和模拟,得出了在这种情况下的最大物料加工数量,以实现系统的最佳运行状态。 除了针对不同工作情况的调度策略,本文还讨论了作业中的故障处理问题。在生产过程中,不可避免地会出现CNC机器的故障,导致系统无法正常运行。为了应对这一情况,本文提出了一套应对故障的灵活调度策略。当某台CNC发生故障时,RGV会根据实时的CNC状态信息和作业优先级,重新规划调度路径,将任务转移到其他正常的CNC上,以最大限度地减少生产中断时间,保证系统的稳定运行。 总的来说,智能RGV的动态调度策略在面对不同情况下能够灵活应对,通过建立数学模型和运用调度算法,实现了系统的高效运行和生产效率的提升。同时,针对故障情况也提出了相应的应对策略,保证了系统的稳定性和连续性生产。通过本文的研究和分析,可以为智能加工系统的设计和运行提供一定的参考和指导,促进工业生产的智能化和自动化发展。
2023-06-02 上传
1 智能 RGV 的动态调度策略 摘要 本文根据题目给定的智能加工系统及系统作业参数,针对一道工序物料加工作业、 两道工序物料加工作业、作业中故障处理等三种情况,建立数学模型,分别给出了相应 的 RGV 最佳调度策略。 针对一道工序物料加工作业的情况,本文设计当 RGV 完成当前指令后若未接收到 任何 CNC 的上料需求信号,RGV 将会根据调度模型立即判别执行一次移动指令,移动 到下一步发出上料需求信号的 CNC 前。并将作业效率最佳问题转换为一班次 8 小时内 CNC 处于工作状态总时间最长,并假设 RGV 具有短时间的记忆储存功能,能够记录与 匹配 RGV 与各 CNC 进行最后一次交互的时间,为 RGV 设计"八步一走"调度模型,在 RGV 进行移动指令之前都会遍历搜索选择未来八次移动过后八台 CNC 的总等待时间最 小的路径的第一步移动指令作为当前的移动指令。遍历所有可能的初始八台 CNC 的上 料情况,依据 RGV"八步一走"调度模型取成料数最多的初始 CNC 上料顺序,完成任务 1。将题目给定的针对一道工序的三组数据带入模型计算,得出第一组最大物料加工数 量为 382,第二组为 359,第三组为 392;推算了不考虑 RGV 运动时间的理想状态下, 三组数据的最大加工数量分别为 384、368、392;得到三组数据下加工系统的作业效率 分别为 99.48%、97.55%、100%,完成任务 2。 针对两道工序物料加工作业的情况,在不可更换刀具的前提下,由第一道工序与第 二道工序的比值,兼容考虑第二道工序之后的清洗时间,按比例分别为 CNC 安装 4:4、 3:5、5:3 的刀具配比,并在对称性原则基础上调试具体安装方案;为 RGV 设计三步捆 绑 (或四步捆绑加工调度模型) : RGV 遍历三步, 取捆绑加工后的完成时间最前的走法。 遍历所有的初始可能路径,依据捆绑调度模型取成料数最多的初始 CNC 上料顺序,完 成任务 1。将给定的针对两道工序的三组数据带入模型计算,得出三组最大物料加工数 量分别为 253、209、236;选择的两类 CNC 数量配比分别为 4:4、3:5、5:3;通过与理想 状态下最大物料加工数量 268、216、236 进行比较,得到三组数据下加工系统的作业效 率分别为 94.40%、96.76%、100%,完成任务 2。 针对作业中故障处理的情况,本文将每一道工序加工的故障概率设为 1%,在判定 故障的 CNC 的加工时间内,以均匀分布随机一个时间点作为故障发生时间点,并从 600~1200 秒之间均匀随机生成一个整数作为修复时间,在一道工序与二道工序的模型 中作出以下调整:在故障发生的那一刻起,在 CNC 未修复并发出上料需求信号之前, 将该 CNC 从系统中暂时抹去,RGV 在执行完当前指令后,不再进行有关该 CNC 的指 令操作,直至 CNC 修复发出上料需求信号。考虑到故障发生的不确定性,以及人工修 复时间的可操作性,在完成任务的基础下,再分别取修复时间为 600~1200 秒随机,600 秒,900 秒,1200 秒做 20 组的随机试验探究成料数规律,进行均值和方差计算如下: 一 道 工 序 的 情 况 下 , 第 一 组 数 据 关 于 4 类 修 复 时 间 的 成 料 数 方 差 分 别 为 12.20,9.55,11.95,9.82;第二组数据方差分别为 15.57,18.68,19.55,14.68;第三组数据方差 分别为 10.03,13.41,8.92,13.73;两道工序的情况下,第一组数据关于 4 类修复时间的成 料数方差分别为 9.66,7.38,7.12,13.17;第二组数据方差分别为 7.85,3.39,5.87,9.69;第三 组数据方差分别为 7.66,4.58,7.72,10.13。由此可知,实际修复时,提升技工技术,将人工 修复时间尽量控制在 10~15 分钟左右,可以较好增加结果稳定性。 关键词:RGV 智能动态调度 "八步一走" 多步捆绑联动 故障排查概率分析 2 一、问题重述 1.1 问题背景 RGV 是一种无人驾驶、能在固定轨道上自由运行的智能车。在智能加工系统中,轨 道式自动引导车 RGV 的调度方案对系统的加工效率存在着决定性的影响。RGV 在智能 加工系统中, 因面临的工作环境各不相同, 因此目前仍没有一个理想的算法可以对 RGV 的调度路径进行最佳优化, 因此针对特定的系统工作环境, RGV 的动态调度仍存在着很 大的研究空间。本文研究的工作环境由 8 台 CNC、1 辆 RGV、1 条 RGV 直线轨道、1 条上料传送带、1 条下料传送带等设备组成。 图 1:智能加工系统示意图 1.2 系统作业参数 表 1:智能加工系统作业