第1期 2018年1月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2018)01006004
D0I:10. 13462/j. cnki. mmtamt.2018.01.015
基于Petri网模型的自动线流程设计与分析
郑金来，张猛，熊昌秀，蔡爱林，丁玲（江苏高精机电装备有限公司，江苏盐城224053）
No.1 Jan.2018
摘要：为高效地完成含机器人的并行自动生产线的动作流程设计工作，从而实现最快速的生产节拍，研究了一种基于数学建模与优化技术的自动线流程设计方法。首先，基于时序Petri网模型，提出了针对含机器人的并行自动线的数学建模方法。以此为基础，将此类自动线的动作流程设计问题转化为含约束条件的混合整数规划问题。而后，利用优化工具软件，通过实际编程求解了所提优化问题的最优解，从而得到了自动线动作流程的最优设计。此外，针对起决定性影响的关键动作进行了分析，得出最优设计成立的边界条件。研究内容能够适应自动生产线日趋复杂的组成、结构与功能，相
较于传统基于经验的方法，效率更高、适用性更广。关键词：智能制造：自动线；Petri网；混合整数规划
中图分类号：TH166；TG659
文献标识码：A
A Workflow Design and Analysis Method for Automatic Production Lines Based on Petri Nets
ZHENG Jin-lai,ZHANG Meng ,XIONG Chang-xiu, CAI Ai-lin,DING Ling
(Jiangsu Gaojing Mechanical & Electrical Equipment Co. ,Ltd. ,Yancheng Jiangsu 224053,China)
Abstract : To design an optimal workflow of an automatic production line within robots more efficiently and to achieve the fastest production rhythm, proposed a method for workflow design and analysis based on mathematical modeling and optimization. Based on temporal Petri nets, proposed a modeling method for au-tomatic production lines. On this basis, transform the problem of designing an optimal workflow into a mixed integer programming problem. By applying optimization tools, optimize this problem and obtain the optimal solution, thereby get the optimal workflow design of an automatic production line. Furthermore, a-nalysis the key actions in the whole workflow and obtain the boundary conditions of the optimal design. The proposed method can adapt to the increasingly complex structure of the automatic production line,which is more efficient and more applicable than traditional methods based on experience.
Key words: intelligent manufacturing; automatic production lines; Petri nets; mixed integer programming
0引言
在"工业4.0"背景下，学界与产业界越来越关注机床与生产线的智能化设计与应用!-3]。智能制造是制造业发展的主要方向，机器人是实现智能制造的重要支撑手段4。工业机器人与智能制造结合得愈发紧密[3]。然而，机器人在将自动线变得更加高效智能的司时，也将自动线的动作流程变得更加复杂。如何利用好机器人来实现自动线最高效的生产动作流程，成为了自动线设计过程中至关重要的方面。在实践中，传统的设计方法一般是先通过粗略预估自动线各个单体动作的时间，而后依靠经验来预想一个大致流程。这样的方法一方面在处理高度复杂的自动线时显得力不从心，另一方面需要在自动线组装完成后，消耗大量时间进行调试。
收稿日期：2017-08-04；修回日期：2017-11-16
Petri[6]网是一种对离散并行系统的数学表示，该理论在工作流，特别是半导体晶元加工系统的设计中得到了广泛的应用[79]。本文结合某实际自动线设计制造项目，通过事先精准预估各个单体动作时间，依靠时序Petri网理论对自动线进行数学建模，而后再根据混合整数规划理论，提出了一种针对包含机器人的并行自动生产线的最优流程设计与分析方法，取得了很好的实践应用效果。
含机器人自动线的组成与关键动作 1
1.1含机器人自动线的组成及功能描述
含机器人自动生产线的组成大致如图1所示，其由上料滚道、下料滚道、四台相同功能的机床单机、两个料架、以及一台机器人组成。将四台相同功能的机床单机集成到一条生产线中，目的是通过并行加工，加
作者简介：郑金来(1967一），男，江苏盐城人，江苏高精机电装备有限公司高级工程师，硕士，研究方向为机械制造工艺及设备，（E-mail)gjzb－zjl
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