制造業(yè)的競爭和用戶(hù)需求的快速變化使得汽車(chē)及其零部件行業(yè)的生產(chǎn)模式由多品種、小批量逐漸演變?yōu)槎嗥贩N、變批量的生產(chǎn)模式，這種生產(chǎn)方式對制造系統及生產(chǎn)線(xiàn)提出了可重組性要求，可重組性意味著(zhù)制造系統的組元可升級，組態(tài)可調整，可快速形成新的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)功能。

汽車(chē)電機生產(chǎn)線(xiàn)的控制系統是整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)正常運行的基礎，從目前引進(jìn)、研制并應用的汽車(chē)電機生產(chǎn)線(xiàn)控制系統看，多數采用集中式控制的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)方式，某企業(yè)引進(jìn)價(jià)值00萬(wàn)美元的電機轉子生產(chǎn)流水線(xiàn)，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)節拍短，但是由于生產(chǎn)線(xiàn)剛性很大，調整困難而只能適應單品種、大批量的生產(chǎn)；另一類(lèi)生產(chǎn)線(xiàn)的多數工序采用人工操作，導致生產(chǎn)效率不高，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，上述方式都不能很好地適應汽車(chē)零配件市場(chǎng)激烈的競爭。

針對汽車(chē)電機生產(chǎn)線(xiàn)的現狀，筆者提出并研究設計基于組態(tài)原理的汽車(chē)電機可重組生產(chǎn)線(xiàn)過(guò)程監控及優(yōu)化控制系統，該系統基于組態(tài)原理進(jìn)行系統設計規劃，以配置研究設計的組態(tài)控制軟件為核心，結合開(kāi)發(fā)的車(chē)間作業(yè)任務(wù)調度模塊，它可以依據生產(chǎn)現場(chǎng)快速轉產(chǎn)的生產(chǎn)需要，由技術(shù)人員方便、靈活地重組成針對某一種特定電機的生產(chǎn)控制方式，并減少系統因重組造成的斜升時(shí)間，以滿(mǎn)足生產(chǎn)線(xiàn)多品種、變批量的生產(chǎn)要求。

系統設計原理

． 組態(tài)原理

組態(tài)原理(Configuration Principle)是一種可根據對象的不同而適時(shí)改變自身物理或邏輯組織形態(tài)的原理，組態(tài)原理在計算機軟件編制上早已出現并應用，基于組態(tài)原理的控制系統設計思想是以計算機軟件為核心，結合相應的硬件設備構成，其中硬件的選擇幾乎覆蓋目前生產(chǎn)線(xiàn)上各種可能出現的硬件設備，基于組態(tài)原理的控制方式是當前控制系統軟件發(fā)展的主要方向之一，如國外的Labview，IFix和WinCC，國內的MGES和組態(tài)王等，都是典型的組態(tài)控制軟件。

基于組態(tài)原理的控制系統應用于汽車(chē)電機生產(chǎn)線(xiàn)，能實(shí)現根據市場(chǎng)變化對電機生產(chǎn)線(xiàn)設備及其加工輔助設備進(jìn)行更替、調整以及擴充形成新的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)功能，確定電機生產(chǎn)線(xiàn)上可調整的組元后，按一定的調整、優(yōu)化策略實(shí)現組態(tài)控制，組態(tài)控制方式打破了傳統的剛性／柔性生產(chǎn)線(xiàn)控制模式，可由用戶(hù)自己定制特定的控制狀態(tài)，調整組態(tài)和升級組元，極大地提高了系統的可重組性。

．2生產(chǎn)線(xiàn)控制系統總體結構

本文采用組態(tài)原理的設計思想，提出并設計了汽車(chē)電機可重組生產(chǎn)線(xiàn)過(guò)程監控及優(yōu)化控制系統，其基本組成框圖如圖所示。


圖汽車(chē)電機可重組生產(chǎn)線(xiàn)控制系統基本組成框圖

汽車(chē)電機生產(chǎn)線(xiàn)過(guò)程監控及優(yōu)化控制系統主要由兩個(gè)部分組成：組態(tài)控制軟件模塊和車(chē)間作業(yè)計劃調度模塊。

．2．組態(tài)控制軟件模塊

系統可組態(tài)構建是電機可重組生產(chǎn)線(xiàn)控制系統的關(guān)鍵，用戶(hù)按照不同型號汽車(chē)電機生產(chǎn)需求，通過(guò)該組態(tài)控制軟件模塊構建特定產(chǎn)品的專(zhuān)用控制系統，可進(jìn)行組態(tài)調整的內容包括：系統設備選擇、構件選擇、加工參數選擇以及采集數據選擇，具體如下：

()加工設備選擇，汽車(chē)電機生產(chǎn)線(xiàn)的瓶頸工位為繞線(xiàn)工作，配置一臺可移動(dòng)繞線(xiàn)機(可共用)，可根據當前生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)節拍的要求，依照調度方案選擇瓶頸工位加工設備的不同配置實(shí)現生產(chǎn)能力的改變。

(2)構件選擇，生產(chǎn)線(xiàn)可通過(guò)更換加工設備的加工構件實(shí)現生產(chǎn)功能的改變。

(3)加工參數選擇，針對不同型號的汽車(chē)電機傳送不同的加工參數，如壓力參數、繞線(xiàn)參數、檢測參數、尺寸公差參數等。

(4)采集數據的選擇，生產(chǎn)線(xiàn)采集的大量數據要根據不同型號的汽車(chē)電機進(jìn)行取舍和提取，為系統快速故障診斷提供依據。

．2．2車(chē)間作業(yè)計劃調度模塊

車(chē)間作業(yè)計劃調度決定了生產(chǎn)線(xiàn)在何時(shí)采用哪種構形生產(chǎn)何種產(chǎn)品，而控制系統是根據不同的生產(chǎn)產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行組態(tài)的，因此車(chē)間作業(yè)計劃調度是生產(chǎn)線(xiàn)優(yōu)化控制的一個(gè)重要環(huán)節，本系統的車(chē)間作業(yè)調度采用基于Petri網(wǎng)和遺傳算法(Petri—GA)相結合的調度算法。

根據系統重組方式的不同，重組費用計算分成兩部分，一部分為可移動(dòng)加工設備的使用造成的重組費用，另一部分為對于不同的加工工件，需要對可變結構機床進(jìn)行構件替換造成的重組費用。

設可移動(dòng)加工資源的使用是在加工工序i發(fā)生，構件重組替換是在加工工序j發(fā)生。

定義S為加工工序i的狀態(tài)集，S={so，s}，其中：s0表示加工工序i沒(méi)有進(jìn)行重組，s表示工序i進(jìn)行了重組，使用可移動(dòng)加工資源同時(shí)加工，則工序i的重組費用函數定義為g：S