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使用蟻群算法優(yōu)化配置工具庫的位置索引
資源天下 2018/2/24 9:46:29
文摘：生成切割工具最優(yōu)位置索引對減少數(shù)控機(jī)器的非加工時間和優(yōu)化計劃過程是一個重要的任務(wù)。目前的研究工作提出數(shù)控機(jī)器執(zhí)行某種特定制造業(yè)務(wù)，其切削工具庫上應(yīng)用了一個最優(yōu)或接近最優(yōu)位置索引的快速識別全球搜索技術(shù)--蟻群算法。目標(biāo)函數(shù)是最小的索引時間。
關(guān)鍵字：索引時間、自動換刀、數(shù)控機(jī)床、優(yōu)化、蟻群算法銑床。
1．介紹：
在今天的制造環(huán)境中，多個行業(yè)適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)(FMS)來應(yīng)對不斷變化的市場需求的競爭。FMS廣泛應(yīng)用于數(shù)控設(shè)備，由于在處理一個廣泛操作的高靈活性，各種部件和兼容性在計算機(jī)控制系統(tǒng)下運(yùn)作。當(dāng)在最大程度上使用數(shù)控機(jī)器，整個系統(tǒng)的效率會增加。所以提高利用率,需要優(yōu)化配置切削工具在工具庫中的位置。
刀具在數(shù)控機(jī)床上的位置可以改變或自動被安裝稱切割工具子程序。刀塔用于數(shù)控車床和自動更換刀具的(ATC)銑床。本模型可用于ATC的刀庫或數(shù)控機(jī)器上的刀塔。
索引時間被定義為在一個刀塔庫或ATC走勢之間的兩個相鄰的工具站或工具庫持續(xù)的時間。雙向索引工具庫減少這臺機(jī)器的非加工時間總是優(yōu)先于單向的索引。在庫的兩個方向上旋轉(zhuǎn)自動選擇當(dāng)前點和目標(biāo)點之間的最近路徑。目前的研究考慮雙向運(yùn)動的庫。雙向索引與單索引的區(qū)別為當(dāng)前點和目標(biāo)點的數(shù)量的計算，前者的值是小于或等于后者的一半。
Dereli提出目前的問題像“旅行商問題”(TSP),這需要完全的網(wǎng)絡(luò)處理。他們應(yīng)用遺傳算法(GA)來解決這個問題。Dorigo[2、3]介紹了蟻群算法(ACA)解決完全的網(wǎng)絡(luò)處理問題。ACA處理完全大型網(wǎng)絡(luò)問題可以，比其他方法：遺傳算法、模擬退火和進(jìn)化編程，以最小的計算時間找到最優(yōu)解。所以ACA一直擴(kuò)充到解決當(dāng)前問題。
2方法：
確定目前操作制造最優(yōu)序列是一個先決問題。這序列通常是基于最小總決定設(shè)置成本。作者[4]提出的應(yīng)用ACA找到一個最優(yōu)的操作序列。一旦確定操作序列,以下方法可以用來實現(xiàn)最優(yōu)的工具庫安排。
步驟1最初一組刀具要求執(zhí)行固定的制造業(yè)務(wù)被分配(最優(yōu))序列。每一個操作都是指派一個刀具。每個工具具有確定的數(shù)據(jù)屬性。例：制造序列{M1-M4-M3-M2-M6-M8-M9-
M5-M7-M10}被分配了一套刀具{T8-T1-T6-T4-T3-T7-T8-T2-T6-T5}。刀具可以被解碼為{8-1-6-4-3-7-8-2-6-5}。這里的序列制造M1需要刀具8,M4需要刀具1等等�？偣灿邪藗�不同的工具,因此有八個可能序列在工具庫中。
步驟2ACA是應(yīng)用優(yōu)化工具來找到最優(yōu)的工具序列相對應(yīng)最低的總索引時間。對于每一個序列算法所生成的相同序列的位置索引被分配(數(shù)字)。例如,生成序列的工具{4-6-7-8-2-5-3-1}按順序分配到位置索引{1-2-3-4-5-6-7-8},即工具4是分配到第一的位置,工具6到第二位置等等。
步驟3計算不同后續(xù)切削工具數(shù)字然后總計確定每個旋轉(zhuǎn)刀具部件的序列總數(shù)。在計算部件的數(shù)量從當(dāng)前工具旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)工具采取絕對誤差。以下部分詳細(xì)描述一個例子。
前兩個操作M1和M4在假定操作序列分別要求刀具8和1。該工具生成的序列算法是{4-6-7-8-2-5-3-1}。在這個序列工具8和1放置在第4和第8（ATC）刀塔的位置索引。因此當(dāng)前工具8達(dá)到目標(biāo)工具1所需單位旋轉(zhuǎn)總數(shù)|4-8|=4。同樣的整個序列單位旋轉(zhuǎn)所需的總數(shù)量是|4-8|+|8-2|+|2-1|+|1-7|+|7-3|+|3-4|+|4-5|+|5-2|+|2-6|=30。
步驟4最小總索引時間是目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)的值是總數(shù)乘旋轉(zhuǎn)單位刀塔的賦值（ATC）索引時間。如果單位索引時間假定是4s，總所需的工具序列索引時間就為120s。
步驟5是迭代次數(shù)增加ACA收斂于最優(yōu)解。
3．分配原則：
以下三種情況下為位置總數(shù)與刀具使用的總數(shù)。
案例1位置索引的數(shù)量等于切削工具的數(shù)量。
案例2位置索引的數(shù)量大于切削工具的數(shù)量：
(a)沒有重復(fù)的工具。
(b)有復(fù)制工具。
案例3位置索引的數(shù)量小于切削工具的數(shù)量。
如果問題分為：案例1在工具庫不多次設(shè)置重復(fù)切削工具總會增加機(jī)器的非加工時間。在案例2重復(fù)切削工具的影響應(yīng)仔細(xì)測試，通常復(fù)制工具太昂貴。案例3使得發(fā)現(xiàn)刀具被第二次設(shè)置。然而,其他表現(xiàn)可能在案例2(b)和案例3。被復(fù)制的工具可以用于這樣一種方式,在ATC沒有向左卸載索引或向左卸載一些位置索引。
4．蟻群算法：
蟻群算法(ACA)是一個全集性的的優(yōu)化方法,已成功地應(yīng)用到解決不同的組合問題像（未完，下一頁）
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