類引力機制排序方法及其應用

喻道遠，張三強，邵新宇

YU Dao-yuan, ZHANG San-qiang, SHAO Xin-yu

（華中科技大學 機械科學與工程學院，武漢 430074）

類引力機制排序方法及其應用

Gravity -like mechanism sort with its application

喻道遠，張三強，邵新宇

YU Dao-yuan, ZHANG San-qiang, SHAO Xin-yu

（華中科技大學 機械科學與工程學院，武漢 430074）

針對汽車生產過程中涂裝車間排序問題，結合線性緩沖區提出了一種新的類引力機制排序方法，構建了該方法的數學模型及緩沖區Petri網絡模型，并對該排序方法進行了實例分析，分析結果顯示，該方法能有效的提高涂裝車間的生產效率，減少涂裝生產過程中的換漆次數。

類引力機制；緩沖區；涂裝；Petri網

0 引言

在汽車涂裝生產過程中，不同顏色的車身噴涂，必須面臨換漆及清洗噴涂管道等一系列工作，針對這一工程需求，本文結合生產線常用的線性緩沖區研究了一種類引力機制排序方法，運用車身編碼方式，將車身粒子化，通過粒子間引力大小引導車身排序工作，同時構建了線性緩沖區Petri網模型[1]，并通過實例分析，驗證了該排序方法的有效性。

1 類引力機制排序方法

1.1 引力機制排序方法原理

1.2 引力機制排序方法的基本步驟

引力機制排序方法主要由四個基本步驟組成，即生產計劃獲取，特征編碼，引力計算，軌道搜索，該排序方法流程如圖1所示。

方法步驟：

1）計劃獲取

圖1 類引力機制排序方法流程

從涂裝車間當天生產計劃獲取生產數據如顏色種類，數量比例等信息

2）車身粒子化特征編碼

將車身看成緩沖區空間具有質量的粒子。為達到同色排序且優先噴涂比例較大顏色種類的車身，將車身粒子質量與該顏色車身數量比例關聯，該顏色車身數量比例越大，則粒子質量越大，各粒子的編碼順序按照粒子的質量從大到小依次編訂，編碼之間的間隔轉化成粒子之間的距離進行引力計算。

3）引力計算

4）粒子運動

緩沖區矩陣可表示為

j為排序緩沖軌道數，i為各條緩沖軌道的容量。緩沖區引力靶粒子組表示：

緩沖區溢出粒子組表示：

緩沖區引力靶粒子組M1[j]由排序緩沖區各軌道入口處粒子組成，引力靶粒子初始化過程中，緩沖前導區粒子序列P依次進入各緩沖軌道，形成引力靶粒子組，后續粒子在進入緩沖區排序軌道時將以M1[j]為標靶，自動尋找引力最大的軌道進入。新的粒子進入軌道后，M1[j]的粒子元素將更新，生成新的引力靶粒子組。

2 應用算例

結合常用線性緩沖軌道及部分涂裝生產序列,對該排序方法進行應用分析。

2.1 緩沖區結構建模

2.1.1 常用線性緩沖軌道結構

目前的用于排序的緩沖區主要有，線性排序緩沖區，后移緩沖區，隨機存取緩沖區，環形緩沖區等[2]。整車生產線的常用線性排序緩沖區軌道結構圖如圖2所示，白車身從焊裝車間下線后成隨機數列進入涂裝緩沖區的前導區G0，由前導區進入各條緩沖軌道G11—G1n進行優化排序后離開緩沖區，進入輸出軌道Gn。

圖2 線性排序緩沖區結構示意圖

2.1.2 petri網模型

使用Petri網模型對線性排序緩沖區建模，Petri網是一個五元組[3]：PN=（P,T,I,O,M0）, 其中：

M0：為初始狀態。

線性排序緩沖區的Petri網模型如下圖：

圖3 緩沖區Petri網模型

表1 緩沖區Petri網模型庫所和變遷的定義

在緩沖區排序過程中，從焊裝車間下線的車身，進入涂裝車間緩沖區，經t1進行信息采集統計后進入緩沖前導區（P1），遵循引力吸引規則進行排序軌道選擇（t2）進入不同的緩沖軌道（P11……P1n），最后經選擇輸出（t3）控制軌道（P11……P1n）中的車身有選擇的先后進入軌道（P3）完成排序。

2.2 應用分析

以有序車身涂裝序列P為例，結合存儲軌道數為3，軌道容量為10的線性排序緩沖區，分析引力機制排序方法，序列中A、B、C、D、E分別為不同顏色：

2.2.1 計劃獲取

該序列共有5種顏色，30輛車身，各顏色數量及比例如下：

2.2.2 車身粒子化特征編碼

根據各顏色比例，粒子質量大小如下：B=D>C>A=E，各顏色編碼依次為：

序列轉化：

轉換為編碼序列：

2.2.3 引力計算

以該顏色車身數量比例為該粒子質量，編碼之間間隔為粒子之間距離，進行引力計算。各粒子之間引力大小關系如下：

2.2.4 粒子運動描述

緩沖區有三條緩沖軌道j=3，每條軌道容量為n=10，該緩沖區矩陣可表示為

如圖3所示，有序數列P'經t1進行顏色信息采集后進入前導區P1，經t2進入各緩沖軌道形成初始引力靶粒子組：

3 結束語

類引力機制排序方法，是一種全新的排序方法，通過對車身的個性化編碼能有效的適應涂裝生產排序的要求，實現生產過程中的自動排序，降低涂裝生產過程中的換漆次數。在車身顏色種類較多，且不增加軌道數量的情況下，配合車身回調軌道對個別車身進行重新排序，或在不增加軌道數量的情況下，調整軌道結構，進行多級排序將更能體現該排序方法的優越性。

[1] 李培根.制造系統性能分析建?！碚撆c方法[M].武漢:華中理工大學出版,1998.

[2] 黃剛.混流裝配生產的計劃排序及其執行過程管理[D].華中科技大學,2007.

[3] 周凱,劉成穎.現代制造系統[M].北京:清華大學出版社,2005.

TH166

A

1009-0134(2010)11(下)-0010-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(下).04

2010-08-31

喻道遠（1956 -），男，教授，主要從事MES、機電控制工程、機械加工自動化、CAPP等方面研究。