类引力机制排序方法及其应用

喻道远，张三强，邵新宇

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

（华中科技大学 机械科学与工程学院，武汉 430074）

类引力机制排序方法及其应用

Gravity -like mechanism sort with its application

喻道远，张三强，邵新宇

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

（华中科技大学 机械科学与工程学院，武汉 430074）

针对汽车生产过程中涂装车间排序问题，结合线性缓冲区提出了一种新的类引力机制排序方法，构建了该方法的数学模型及缓冲区Petri网络模型，并对该排序方法进行了实例分析，分析结果显示，该方法能有效的提高涂装车间的生产效率，减少涂装生产过程中的换漆次数。

类引力机制；缓冲区；涂装；Petri网

0 引言

在汽车涂装生产过程中，不同颜色的车身喷涂，必须面临换漆及清洗喷涂管道等一系列工作，针对这一工程需求，本文结合生产线常用的线性缓冲区研究了一种类引力机制排序方法，运用车身编码方式，将车身粒子化，通过粒子间引力大小引导车身排序工作，同时构建了线性缓冲区Petri网模型[1]，并通过实例分析，验证了该排序方法的有效性。

1 类引力机制排序方法

1.1 引力机制排序方法原理

1.2 引力机制排序方法的基本步骤

引力机制排序方法主要由四个基本步骤组成，即生产计划获取，特征编码，引力计算，轨道搜索，该排序方法流程如图1所示。

方法步骤：

1）计划获取

图1 类引力机制排序方法流程

从涂装车间当天生产计划获取生产数据如颜色种类，数量比例等信息

2）车身粒子化特征编码

将车身看成缓冲区空间具有质量的粒子。为达到同色排序且优先喷涂比例较大颜色种类的车身，将车身粒子质量与该颜色车身数量比例关联，该颜色车身数量比例越大，则粒子质量越大，各粒子的编码顺序按照粒子的质量从大到小依次编订，编码之间的间隔转化成粒子之间的距离进行引力计算。

3）引力计算

4）粒子运动

缓冲区矩阵可表示为

j为排序缓冲轨道数，i为各条缓冲轨道的容量。缓冲区引力靶粒子组表示：

缓冲区溢出粒子组表示：

缓冲区引力靶粒子组M1[j]由排序缓冲区各轨道入口处粒子组成，引力靶粒子初始化过程中，缓冲前导区粒子序列P依次进入各缓冲轨道，形成引力靶粒子组，后续粒子在进入缓冲区排序轨道时将以M1[j]为标靶，自动寻找引力最大的轨道进入。新的粒子进入轨道后，M1[j]的粒子元素将更新，生成新的引力靶粒子组。

2 应用算例

结合常用线性缓冲轨道及部分涂装生产序列,对该排序方法进行应用分析。

2.1 缓冲区结构建模

2.1.1 常用线性缓冲轨道结构

目前的用于排序的缓冲区主要有，线性排序缓冲区，后移缓冲区，随机存取缓冲区，环形缓冲区等[2]。整车生产线的常用线性排序缓冲区轨道结构图如图2所示，白车身从焊装车间下线后成随机数列进入涂装缓冲区的前导区G0，由前导区进入各条缓冲轨道G11—G1n进行优化排序后离开缓冲区，进入输出轨道Gn。

图2 线性排序缓冲区结构示意图

2.1.2 petri网模型

使用Petri网模型对线性排序缓冲区建模，Petri网是一个五元组[3]：PN=（P,T,I,O,M0）, 其中：

M0：为初始状态。

线性排序缓冲区的Petri网模型如下图：

图3 缓冲区Petri网模型

表1 缓冲区Petri网模型库所和变迁的定义

在缓冲区排序过程中，从焊装车间下线的车身，进入涂装车间缓冲区，经t1进行信息采集统计后进入缓冲前导区（P1），遵循引力吸引规则进行排序轨道选择（t2）进入不同的缓冲轨道（P11……P1n），最后经选择输出（t3）控制轨道（P11……P1n）中的车身有选择的先后进入轨道（P3）完成排序。

2.2 应用分析

以有序车身涂装序列P为例，结合存储轨道数为3，轨道容量为10的线性排序缓冲区，分析引力机制排序方法，序列中A、B、C、D、E分别为不同颜色：

2.2.1 计划获取

该序列共有5种颜色，30辆车身，各颜色数量及比例如下：

2.2.2 车身粒子化特征编码

根据各颜色比例，粒子质量大小如下：B=D>C>A=E，各颜色编码依次为：

序列转化：

转换为编码序列：

2.2.3 引力计算

以该颜色车身数量比例为该粒子质量，编码之间间隔为粒子之间距离，进行引力计算。各粒子之间引力大小关系如下：

2.2.4 粒子运动描述

缓冲区有三条缓冲轨道j=3，每条轨道容量为n=10，该缓冲区矩阵可表示为

如图3所示，有序数列P'经t1进行颜色信息采集后进入前导区P1，经t2进入各缓冲轨道形成初始引力靶粒子组：

3 结束语

类引力机制排序方法，是一种全新的排序方法，通过对车身的个性化编码能有效的适应涂装生产排序的要求，实现生产过程中的自动排序，降低涂装生产过程中的换漆次数。在车身颜色种类较多，且不增加轨道数量的情况下，配合车身回调轨道对个别车身进行重新排序，或在不增加轨道数量的情况下，调整轨道结构，进行多级排序将更能体现该排序方法的优越性。

[1] 李培根.制造系统性能分析建模——理论与方法[M].武汉:华中理工大学出版,1998.

[2] 黄刚.混流装配生产的计划排序及其执行过程管理[D].华中科技大学,2007.

[3] 周凯,刘成颖.现代制造系统[M].北京:清华大学出版社,2005.

TH166

A

1009-0134(2010)11(下)-0010-03

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

2010-08-31

喻道远（1956 -），男，教授，主要从事MES、机电控制工程、机械加工自动化、CAPP等方面研究。