變速箱齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線的刀具更換決策方法研究.pdf

1、刀具磨損是齒輪加工中普遍存在的客觀現(xiàn)象，磨損引發(fā)的刀具性能退化是影響齒輪質(zhì)量的主要因素。但是，頻繁的刀具更換不僅會(huì)增加刀具成本，還會(huì)造成大量生產(chǎn)中斷，影響制齒機(jī)床的生產(chǎn)效率。在變速箱齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線中，頻繁的刀具更換還可能造成整條生產(chǎn)線運(yùn)行中斷。因此，需要對(duì)變速箱齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線刀具更換進(jìn)行合理控制。本文結(jié)合國家科技重大專項(xiàng)“轎車變速箱齒輪加工自動(dòng)生產(chǎn)線”課題，以變速箱齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線為研究對(duì)象，將工件加工質(zhì)量、切削能耗以及刀具失效作為影響刀

2、具更換決策的主要因素，對(duì)生產(chǎn)線機(jī)床刀具更換決策問題進(jìn)行研究，旨在提出能夠降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)過程能量效率的刀具更換決策方法。
　　首先，分析專項(xiàng)所研制變速箱齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線的生產(chǎn)特點(diǎn)及工藝流程；分析生產(chǎn)線機(jī)床刀具磨損對(duì)齒輪生產(chǎn)過程質(zhì)量失效概率、單位工件切削能耗以及生產(chǎn)過程連續(xù)性的影響；提出變速箱齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線刀具更換決策問題，并建立變速箱齒輪加工自動(dòng)生產(chǎn)線刀具更換決策研究框架，分析刀具更換決策研究的決策目標(biāo)、影響因素、建

3、模技術(shù)等。
　　其次，以單位工件長程平均成本為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)變速箱齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線機(jī)床周期性刀具更換決策問題進(jìn)行研究。分析影響刀具更換決策的成本因素，基于Logistic方程建立齒輪生產(chǎn)過程的質(zhì)量失效概率模型，進(jìn)而對(duì)刀具磨損引起的齒輪加工過程質(zhì)量損失進(jìn)行估計(jì)；以刀具更換周期為決策變量，以單位工件長程平均成本最小為目標(biāo)，基于更新報(bào)酬定理建立周期性刀具更換決策模型，研究模型的求解方法并對(duì)最優(yōu)解的特性進(jìn)行分析。
　　再次，以生產(chǎn)率和能量

4、效率為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)變速箱齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線機(jī)床周期性刀具更換決策問題進(jìn)行研究。用離散時(shí)間、離散狀態(tài)的馬爾可夫鏈描述刀具磨損過程，進(jìn)而分別建立長程平均生產(chǎn)率模型和長程平均能量效率模型；在此基礎(chǔ)上以刀具更換周期為決策變量，以生產(chǎn)率和能量效率為優(yōu)化目標(biāo)建立雙目標(biāo)優(yōu)化的周期性刀具更換決策模型；利用馬爾可夫鏈的長游程性驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，分析長程平均生產(chǎn)率和長程平均能量效率隨刀具更換周期的變化特性。
　　然后，基于部分可觀察馬爾可夫決策過程（Par

5、tially Observable Markov Decision Process，POMDP）理論對(duì)變速箱齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線機(jī)床動(dòng)態(tài)刀具更換決策問題進(jìn)行研究。依據(jù)POMDP基本框架以及刀具磨損對(duì)質(zhì)量失效概率和切削能耗的影響規(guī)律，建立刀具更換決策的觀察與刀具磨損過程馬爾可夫鏈狀態(tài)之間的關(guān)聯(lián)；確定刀具更換決策行動(dòng)集合，分析觀察、行動(dòng)與能量效率之間的聯(lián)系，建立關(guān)于決策階段能量效率的即時(shí)報(bào)酬函數(shù)；以有限階段期望總報(bào)酬最大為目標(biāo)建立動(dòng)態(tài)刀具更換決策