ｏ ｅ ｏ ｆ ｕ ａ ｌ ｎ ａ ｔ ｒ ｇ ｓ ｓｅ ａ ｄ ｄ ｓ ｎ ｎ ｙ ａ ｃ ｒ ｃ ｎ ｇ ｒｔ ｎ ａｇ ｒｔｍ ｆＲ ｆ ｅ ｎ ｉ ｒｂ ｅ ｍａ ｕ ｃｕ ｉ ｙ ｔ ｍ ｎ ｅ ｉ ｉ ｇ ｄ ｎ ｍｉ ｅ ｏ ｆ ｕ ａｉ ｌｏ ｉ ｒ ｇ ｆ ｎ ｇ ｉ ｏ ｈ ｏ ＭＣ ｂ ｓ ｄ Ｏ ｎ ｏ ｏ ｙ ｏ ｔ ｚ － ａ ｅ Ｎ ａ ｔｃ ｌ ｎ ｐｉ ａ ｍｉ
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 ：Ｔ １ ； Ｐ９ Ｐ８ Ｔ ３ １ 文献 标志码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ －６５ ２ １）２４ ５—４ ０ １３９ （０１ １—５００
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １０ －６ ５ ２ １ ． ２ ｏ Ｏ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ．０ ｌ３ ９ ． ０ １ ． ４ ｓ １
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 ：２ １—５ １ ０ １０ －７；修回 日期 ：２ １ —６２ ０ １０ —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 Ｒ Ｓ Ｍ 以及与 此配套的可重 构制造 设备 （ ｃｎｇｒ ｌ ｍ ｃｉ ｏ ，Ｍ ） ｒ ｏｆｕ ｂ ａｈ ｅ ｏ ｓＲ Ｔ ｅ ｉ ａｅ ｎ ｔｌ 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 Ｒ Ｓ Ｍ 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
对提高企业产 品的质量 、 降低 成本 、 交货期 内顺利 交货 有着 十
分重要 的影 响 ， 研究设备布局和规划对提升企业的核心竞争力
元， 实现 了基于 Ｒ Ｃ动态重构 的设备布局优化方案 。 Ｍ
１ Ｒ ＭＳ的动 态重构
第 ２ 卷 第 １ 期 ８ ２
２１ ０ １年 １ 月 ２
计 算 机 应 用 研 究
Ａｐ ｌ ａｉ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｍｐ ｔ ｒ ｐ ｉ ｔｏ ｓ ａ ｃ ｆＣｏ ｕ ｅ ｓ ｃ
Ｖ０ ． ８ Ｎｏ １ １２ ． ２ Ｄｅ ．２ １ ｃ ０ｌ
基于 Ｒ ＭＣ的可 重构 制造 系统 设 备布 局 优 化 研 究
（ Ｍ ） 态重构 算法 。以交货期 内最 小成本 为 目标 ， Ｒ Ｃ动 引入 系统复 杂 度和 系统响 应度 从 系统能 力 角度 完善 了实
现Ｒ ＭＳ重构 的约 束条件 ， 最终 完成 了可 重构制 造 系统设 备 布局 优化 。 最后 通过 布 局 实例 仿真 验 证 该 方法 的可 行性 和有 效性 。
调整制造系统 ， 在低成本 甚至无 投资 的情 况下实 现生产规 程 、 生产功能和产能的快速改变 ， 以满足成本 、 质量 和交货期 等方
基金项目：重庆 市 自然科 学基金 资助 项 目（０ ９ Ｂ ３ ２ ； ２ ０ Ｂ ３６ ） 重庆 市教委科学技 术研 究基金
资助项 目（ ０ Ａ ６ ； ８ Ｏ ） 重庆大学“ １ 工程 ” ２１ 三期创新人才培养计 划建设项 目（ －９ ０ ） Ｓ０ １ ７ 作者简介 ： 陈友玲 （ ９４ ） 女， １６ 一 ， 重庆人 ， 教授 ， 主要研 究方向为生产 管理、 生产 系统建模与仿真 ； 刘文科 （ ９ ６ ） 男， １８ 一 ， 湖南湘 乡人 ， 硕士研 究生， 主要研 究方向为生产管理、 虚拟制造 （ ｕ ｅｋ一 １ １ ２ ．ｏ ） 严键 （ ９６ ） 男， １ ｗ ｎ ｅ １０ ＠１６ ｃｒ ； ｉ ｎ １８ 一 ， 四川 阆中人 ， 硕士研 究生， 主要研究方 向为生产管理 、 先进制造．
Ｒ Ｓ 通过对制 造系统 的构 型 、 Ｍ） 设备 、 制系统等 的快速 改变 ， 控
为企业提供 了对变化莫测 的市场 中产品需求 和功能调 整 的快
方案约束条件 ， 用蚁 群算 法求解得 到在 交货期 内使成本最 小 利 的设备 和工艺路 线 ， 阶序聚 类重 构算 法得 到可重 构 制造单 用
第１ ２期
陈友 玲 ， ： 于 Ｒ Ｃ的 可重构 制造 系统设 备布局 优化 研 究 等 基 Ｍ
・ ５ １・ ４５
面对 生产 任务 的综合要求 ， 现制造 系统 的动态重 构 ， 实 从而能 够快 速适 应多品种变批量生产模式 下的市场变化需求 。
｛径 ｍ 完竺Ｐ 工 路ｒ 【 ：器票 主 的 ；为径上 ０ ｒ 工 嚣 ’… 圭 ｍ 成 的 一一 ， 机 能 件加 ： 上 不 Ｅ 路
陈友玲 ，刘文科 ，严 键
（ 重庆 大学 机械 工程 学院 ， 庆 ４０４ ） 重 ００ ３
摘 要 ：为 实现 多品种 变批量 生产制 造 系统阵 列式布局 的动 态重构 ， 出一种 新的设 备布 局优 化 方法 。建 立 了 提
可重构制造 系统 （ Ｍ ） Ｒ Ｓ 设备优 化选择数 学模 型， 设计 了基 于蚁群优 化和阶序 聚类算法的 可重构制造单元
重构 制造生产模式 的要求 。现 阶段 的制 造单元 有成组 制造单 元、 柔性 制造单元 、 敏捷 制造单元 、 能制造单元 、 拟制造单 智 虚 元 以及独立制造 岛等 ， 而可重构制造单元应该是根据 现有 制造
设备 的设 备 能力 、 备负荷 、 工工 艺相 似度 等 ， 设 加 通过 聚类分
更加合适和实用 ｊ 。基 于 以上背 景 ， 文建立 了可重构 制造 本
０ 引言
可 重 构 制 造 系 统 （ ｅｏｆ ｕａｌ ｍａｕａｔ ｎ ｙｔ ｓ ｒｃｎ ｇｒｂ ｎｆｃ ｒ ｇ ｓｓ ｍ ， ｉ ｅ ｕ ｉ ｅ
系统设备优化选择数学模型 ， 次引入 Ｒ Ｓ系统构型 复杂度 、 首 Ｍ 响应度参数指标 ， 从设 备和 系统能力 角度完 善 Ｒ ＭＳ重 构优化
Ｒｅ ｅ ｒｈ ｏ ｑ ｉｍｅ ｔｌｙ ｕ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｏ ｃ ｎ ｇ ｒｂ ｅ ｓ ａｃ ｆｅ ｕ ｐ ｎ ａ ｏ ｔ ｔ ｏ ｍｉａｉ ｆｒ ｏ ｆ ｕ ａ ｌ ｏ ｅ ｉ
ｍａ ｕ ａ ｔｒｎ ｙ ｔｍｓｂ ｓ ｄ ｏ ｎ ｆ ｃｕ ｉｇ ｓ ｓｅ ａ ｅ ｎ ＲＭＣ
用成 为亟待解 决的制造系统 瓶颈。为 了适 应不断 变化 的多样 化市场需求 ， 制造系统设备布局重构成为必然 。 可重构系统设备布局方面的研究 虽然 取得 了不 少进展 、 获
的变化而定 期或不定期地进行动态重构 ， 整个系统结构是动态 可变 的， 同生 产周 期 可能 有不 同的系 统构 型 ， 图 １所 不 如 示。产 品品种交 替变动 ， 工艺流程 日益更新 ， 交货期 、 量的不 批 断改变 ， 再加上时 常出现 的紧急生 产任务 等 ， 就要求制造 系 这
Ｃ Ｎ Ｙｏ — ｎ ＨＥ ｕｌ ｇ，Ｌ Ｕ Ｗ ｅ —ｅ，ＹＡＮ Ｊａ ｉ Ｉ ｎｋ ｉｎ
（ ｏｌ ｅｏ ｃａ ｉ ｌ ｎｉｅｒ ｇ， ｈｎ ｑ ｇＵ ｉ ｒｔ，Ｃ ｏｇｉｇ４ ０ ４ ，Ｃ ｉａ Ｃ ｌｇ ｅ ｆＭｅ ｎｃ ｇｎｅ ｎ Ｃ ｏｇｉ ｎｖ ｓｙ ｈｎ ｑ ０ ０ ３ ｈｎ ） ｈ ａＥ ｉ ｎ ｅｉ ｎ
机器 ｍ完成工件 Ｐ操作 的效率。
２ ２ 问题模 型的建立 ．
里
…
…
加工任务发生变 化 ， 已知 加工 任 务 （ 包括加 工工 件种类 、
数量 以及交货期 ） 制造设 备集 合 （ 、 包括设 备 的种类 、 数量 、 加
图 １ 司重 构 制 造 系 统 重 构 不 意 图
工能力 、 负荷状 况 、 工效 率 、 用频 率 ） 工艺 路线 （ 品组 加 使 、 产 合、 产量 突变 度） ， 等 选择 哪些 设备 以何 种工 艺路线 完成 该加
可重构 制造 单元 （ｅｏｆｕａｌ ｍ ｎｆ ｔｉ ｅ ，Ｍ ） ｒ ｎ ｇｒ ｅ ａｕ ｃ ｒｇｃｌ Ｒ Ｃ ｃ ｉ ｂ ａｕｎ ｌ 作 为系统的基本组织单位和制造 流程 的执行单元 ， 必须满 足可
系统构 型的可变性是 可重构制 造 系统 与传统 制造系统 的
有着重大意义。大规模定制生产 、 多品种变批量生产等生产模
式的兴起 ， 新产 品生命周期越 来越短 ， 物流 运输和 系统重构 费
本质区别。传统的制 造系统建成 以后 ， 其物理构型是静态不可
变的 ， 而可重构制造系统则会 随市场 需求 、 生产订 单和任务 等
ｔ ｎ ａｇ ｒ ｈ ａ ｄ ｒ ｎ ｒ ｅ ｌｓｅ ｎ ｌｏ ｔ ｍ． ｍｉ ｇ ｆｒｍｉｉ ｍ ｏ ｔｉ ｅ ｉｅ ｙｔ ｉ ｌｏ ｔ ｍ ｎ ａ ｋ ｏ ｄ ｒｃｕ ｔｒ ｇ ａｇ ｒ ｈ Ａｉ ｎ ｎ ｍｕ ｃ ｓ ｄ ｌ ｒ ｉ ｏ ｉ ｉ ｉ ｏ ｎ ｖ ｍｅ， ｎｒ ｄ ｃ ｄ ｔｅ ｓ ｓｅ ｃ ｍｐｅ ｉ ｉ ｔ ｕ ｅ ｙ ｔ ｍ ｏ ｌｘ ｔ ｏ ｈ ｙ ａ ｄ ｓ ｓｅ ｒ ｓ ｏ ｓｖ ｎ ｓ ｒ ｍ ｔ ｅ ｐ ｒｐ ｃ ｉｅｏ ｙ ｔｍ ａ ａ ｉ ｏｉ ｒ ｖ ｏ ｓｒ ｉ ｔ ｏ ｃ ｎ ｇ ｒ ｆＲ ｎ ｙ ｔｍ ｅ ｐ ｎ ｉｅ ｅ ｓｆｏ ｈ ｅ ｓ ｅ ｔ ｆ ｓ ｖ ｓ ｅ ｃ ｐ ｃｔ ｔ ｍｐ ｏ ｅｃ ｎ ｔ ｎ ｓ ｆ ｅ ｏ ｆ ｕ ｅｏ ＭＳ， ｅ ｏ ｌｔｄ ｙ ａ ｒ ｉ ｔ ｎ ｃ ｍｐｅ ｅ ｈ ｔｅ ｅ ｕｐ ｎ ａ ｏ ｔ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｏ ｅＲＭＳ Ｆ ｎ ｌ ，ｔ ｒｖ ｄ ｄ ａ ｎ ｔｎ ｅｅ ｌ ｔ ｎ ｔ ｌ ｓｒ ｔ ｅｆ ａ ｉ ｉ ｔ ｎ ａｉ ｉ ｈ ｑ ｉ ｍｅ ｔｌｙ ｕ ｔ ｏ ｍｉａｉ ｆｔ ｏ ｈ ． ｉａ ｌ ｉ ｐ ｏ ｉ ｅ ｎ ｉ ｓａ ｃ ｍｕ ａｉ ｏ ｉ ｕ ｔ ｅ ｔ ｅ ｓ ｌ ｙ ａ ｄ ｖ ｌ ｔ ｙ ｏ ｌ ａ ｈ ｂｉ ｄｙ ｏ ｅ ｍｅｈ ｄ ｆｔ ｔ ｏ ． ｈ Ｋｅ ｒ ｓ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ａ ｏ ｔ ｎ ｏｏ ｙ ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ；ｒ ｃ ｎ ｉｕ ａ ｌ ｎ ｆ ｃｕ ｉ ｇ ｃ ｌ； ｄ ｎ ｍｉ ｅ ｏ ｆ ｕ ａｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ：ｅ ｕｐ ｎ ｙ ｕ ；ａ ｔ ｌｎ ｐ ｉ ａ ｉ ｌ ｃ ｍｉ ｏ ｅ ｏ ｆ ｒ ｂ ｅ ｍａ ｕ ａ ｔｒｎ ｅｌ ｙ ａ ｃ ｒ ｃ ｎ ｇ ｒｔ ｇ ｉ ｏ