工艺方案动态并行全局优化方法分析

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采

2、用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1课题的背景、来源和意义工艺优化是合理安排产品制造工艺、优化和节约制造资源、缩短产品制造周期、降低制造成本、提高产品质量、推动企业技术进步的重要手段。尤其在航天、航空、[1]军工、汽车等行业中，对于产品的工艺优化显得更重要。产品设计与工艺方案的优劣对制造成本和质量的影响越大，在制造装备、工艺资源、人力和管理等方面的投入也越大。所以，必须在正

3、式组织生产前利用数字化设计工具对产品的设计与工艺方案进行反复优化、评价与分析，尽早发现产品缺陷，力争将产品缺陷消灭在设计阶段。如果产品的设计错误在生产线的设计与制造、原材料与工艺资源的准备、产品的实际制造和使用过程中才被发现，所造成的损失无疑将巨大。工艺优化一般分为四个层次：加工方案优化，工艺路线优化，工艺参数优化和本[2]文提出的工艺方案全局优化。目前的研究一般要么只针对加工方案优化，要么只针对[3][4]工艺路线优化，要么只针对工艺参数优化这些局部的工艺优化问题，而且不考虑车间的动态信息，这使得已优化的工艺方案在实际生产中的可执行性大为降低。对于工艺

4、方案全局优化这种综合性问题，由于其影响因素和优化问题本身的复杂性和特殊性，却至今没有找到很好的解决方法，已成为数字化设计与制造中一个公认的难题。目前，人们对工艺优化的研究，大多存在着一定的局限性。主要表现在：（1）加工方案与工艺路线的关系在传统的CAPP系统中，工艺专家根据经验为每个特征选择一个加工方案(加工链),然后,将所有特征的加工方案组合在一起,进行最优化排序。这种串行处理方法最主要的[5]缺点是最优解可能在选择加工方案时丢失。而有的甚至只对加工方案进行优化，并不把工艺路线的影响考虑在内，这种割离了加工方案与工艺路线的彼此联系的局部优化，对解决实际

5、工艺方案最优化问题的作用很小。（2）工艺路线与工艺参数的关系对工艺路线的优化，传统的工艺优化系统不考虑工艺参数的影响，使得工艺方案的最优解具有一定的局限性，这种割裂与工艺参数联系的工艺路线的优化只能是一种局部的理论探讨，与复杂的工程应用实际要求相距甚远。（3）工艺方案的动态性1华中科技大学硕士学位论文传统的工艺优化系统为一个零件的加工产生一个单一、固定的工艺路线，且不考虑车间的动态信息,对后续生产调度考虑不充分，因此，生成的工艺方案在后续的生产[6][7]调度中常遭遇诸如资源瓶颈等问题。统计表明,传统的工艺系统生成的工艺文件在[7]进行车间调度时，约有2

6、0%-30%需要修改或根本就无法执行。为了适应车间生产状态的动态变化,CAPP系统必须能够产生可选择的多条工艺路[8]线，并根据生产要求进行优化决策，Nasr等的研究表明，为工件预留多条工艺路线能有效地提高生产率。事实上，工艺方案优化与产品类型，产品批量，零件尺寸、重量、形状、材料和精度，加工方法，所用设备、各种工艺资源（工艺标准、工艺规则、刀具、夹具、定位方式、量具、辅具等），工艺路线，定位装夹方式，切削参数（走刀次数、切削深度、进给量、切削速度），切削力的作用规律与大小，工时定额，人员技术水平甚至企业的工艺习惯等众多因素有关，这些因素是相互制约和相互

7、影响的一个整体，工艺方案优化的整个过程包括加工方案优化、工艺路线优化和工艺参数优化三个阶段，这三个阶段是彼此制约，彼此联系的。例如，加工方案的选择影响着工艺路线的排序，加工方案与工艺路线影响设备、刀具、夹具、定位装夹方式、走刀次数与切削用量组合等的选择，机床、刀具、夹具、装夹方式、走刀次数和切削用量组合的选择又影响零件加工的成本、效率、利润和质量等目标的达成，从而影响加工方案和工艺路线。割离它们间的彼此联系，只就局部问题进行优化并不能代表全局最优解，不能解决工艺方案全局优化问题。综上，工艺优化时，我们应该综合考虑工艺方案优化的各种因素，局部上各自建立有自

8、己特色的优化模型和评价模型，全局上建立统一的工艺方案优化模型和评价模型，并且考虑