用于制造工件的最优工具配置制造技术

一种通过计算机控制的制造机器用预定义的序列的机床制造工件的方法，其中利用遗传算法确定最优工具配置。法确定最优工具配置。法确定最优工具配置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造工件的最优工具配置


[0001]本专利技术涉及一种通过具有最优工具配置的计算机控制的制造机器用预定义的序列的机床制造工件的方法。

技术介绍

[0002]计算机数字控制(CNC)机器的所谓“工具索引问题”(TIP，tool indexing problem)出现在制造业中，这是由于高度复杂的切割操作和对工具在刀库槽（magazine slot）中的最优放置的需要。
[0003]机床的序列限定了工件的制造过程。
[0004]TIP的解决方案产生了一个新的问题，即工具如何能够从其初始位置（即定位）转移到最优位置，使得所有转移时间的总和最小化，这可以称为“工具替换问题”(TRP)。
[0005]这是一项非常复杂和耗时的任务，尤其是对于包含许多工具的大型刀库。为了在整个制造过程中有一个完整的优化，这两个问题应该一起考虑。事实上，在工具更换花费的时间比通过工具位置索引优化获得的增益多的情况下，不能被认为是改进。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是以这样一种方式解决如前所述的“工具重新放置问题”，即它可以在边缘设备，即具有有限计算能力的计算设备上执行。
[0007]该问题通过如前所述的方法来解决，其中工具位于由工具配置设置的相应位置，并且其被分配给相应的预先计算的操作时间，并且该机器具有工具转移点和用于将选择的工具从相应位置移动到转移点的工具处理器，并且执行以下步骤:a)分配工具的初始位置，以及为所有工具计算a1)第一转移时间函数，返回在相应位置和转移点之间的时间，a2)第二转移时间函数，返回工具处理器移动而不移动工具的时间，b)生成可能的工具位置序列作为工具位置序列的随机集合，c)使用第一成本函数为可能的工具位置序列计算相应的第一成本因子，该第一成本函数使用第一转移时间函数和第二转移时间函数，d)根据相应的第一成本因子对步骤c)中获得的工具位置序列进行排序，并且使用具有最低第一成本因子的工具位置序列的子集合作为工具位置序列的选择集合，并且基于工具位置序列的选择集合探索新的工具位置序列，并且将新的工具位置序列添加到工具位置序列的选择集合，继续步骤c)以计算成本函数并且执行所述排序和选择以及探索，直到达到迭代次数的预定义参数，将具有最低成本函数的工具位置序列的选择集合定义为最优工具配置，e)根据最优工具配置将工具从其初始位置转移到最优位置，f)由制造机器利用最优工具配置制造工件。
[0008]因此，实现了最优工具位置序列考虑了初始工具布置以及工具处理器的工具移动，以及因此，应用于工件制造的整体最优工具位置序列或工具位置序列。
[0009]在本专利技术的上下文中，所述机床涉及在单个计算机控制的制造机器上使用的工具。除了工具索引问题之外，将工具从其初始位置重新放置到最优位置是另一个问题，并且花费大量时间。联合解决这两个问题将比单独解决节省更多的时间。具有最优工具位置将通过减少主轴中的等待时间来减少NC程序的运行时间
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实际上是工件的制造时间。此外，这些工具将以最优方式转移到它们的最优位置。
[0010]很明显，当所用工具的数量增加时，最优序列在本专利技术的上下文中变得更加相关。特别地，如果所使用的工具的数量至少为三个或五个，优选至少十个或二十个，更优选至少五十个或一百个或更多，则本专利技术可以发挥其优点。
[0011]本专利技术在非常短的时间内解决了这些问题，并且与强力方法相比需要更少的存储器，因此对于包含数百个工具的巨大刀库更方便。
[0012]与文献中没有联合地考虑TRP和TIP的强力方法或研究相比，本专利技术可以节省时间并提高生产率。
[0013]此外，没有必要支付给第三方库。此外，该解决方案不需要OSS清算。
[0014]一眼看去，本专利技术适用于具有有限计算能力的软件平台，如边缘设备。
[0015]本专利技术从任意工具位置序列的集合开始，并开发改进的新工具位置序列，以便找到具有相对可选的成本因子的工具位置序列。
[0016]结果不是绝对最优的解决方案，但是允许计算非常好的解决方案，但是成本显著降低。
[0017]探索新的工具位置序列是有利的，因为可以基于工具位置序列执行工具位置序列的新评估，该工具位置序列已经被识别为具有低适应度函数值的良好工具位置序列。因此，可以预见，两个选择的工具序列以这样一种方式组合，即利用来自选择的序列的部件获得一个新的序列。这种组合也提供具有低适应度函数值的好的新序列的可能性很高。
[0018]在本专利技术的进一步发展中，可以预见，第一成本函数根据以下相关性来定义:其中C...第一成本函数，G...第一转移时间函数，R...第二转移时间函数，O ...操作时间函数，MT...工具更换设备的移动时间。
[0019]第一成本函数允许适应度函数的简单计算，该适应度函数可用于评估专用工具位置序列的性能。然而，其他适应度函数适用于评估访问工具的成本。
[0020]在本专利技术的进一步发展中，可以预见的是，使用第二成本函数，进一步考虑重新分
配工具所需的时间，使用第一成本因子，以及进一步关于包括重新分配时间在内的单个制造步骤对优化的影响的重新分配因子，或者可替换地关于单个制造步骤的发生次数对整个制造的影响的计数因子，为选择的集合计算相应的第二成本因子。
[0021]此方面允许进一步改进与特定实施例相关的所应用的成本函数的计算，例如并入与改变起来昂贵的特定工具相关的重新定位因子，或与生产的工件数量相关的计数因子。
[0022]在本专利技术的进一步发展中，预见到第二成本函数根据以下相关性来定义:其中其中CP1...第二成本函数类型1(重新定位因子)，...重新分配因子...重新分配时间，...总重新分配时间。
[0023]这一方面允许通过并入与改变起来昂贵的特定工具相关的重新定位因子来改进成本函数，以及因此其例如在优化过程中根本不应该被考虑，或者至少具有低优先级，即权重。
[0024]在本专利技术的进一步发展中，预见到第二成本函数根据以下相关性来定义:其中其中...第二成本函数类型2(计数因子)，...计数因子R...重新分配时间...总重新分配时间。
[0025]这一方面允许通过并入与生产的工件数量相关的计数因子来改进成本函数，当频繁重复时，该计数因子对优化过程有很大影响。
[0026]在本专利技术的进一步发展中，预见到新工具位置序列的探索包括遗传交叉函数的应用，其中来自所选择集合的两个工具位置序列被组合成新的工具位置序列。遗传交叉将在下面进一步描述。
[0027]因此，通过将已经识别的好的工具位置序列与低成本因子值相结合，可以以容易的方式执行新工具位置序列的探索。
[0028]在本专利技术的进一步发展中，预见到新工具位置序列的探索包括突变函数的应用，其中来自所选择集合的工具位置序列内的工具位置被交换，优选地随机交换。
[0029]因此，新工具位置序列的探索可以通过突变以简单的方式执行，这将在下面进一步描述。
[0030]交叉函数在本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过具有最优工具配置的计算机控制的制造机器用预定义的序列的机床(T1，T2，T3)制造工件的方法，这些工具位于由工具配置设置的相应位置(P1，P2，P3 )，并且其被分配给相应的预先计算的操作时间，并且该机器具有工具转移点(TP)和用于将选择的工具从相应位置移动到转移点的工具处理器，并且执行以下步骤:a)分配工具的初始位置，并且为所有工具计算a1)第一转移时间函数，返回在相应位置和转移点之间的时间，a2)第二转移时间函数，返回工具处理器移动而不移动工具的时间，b)生成可能的工具位置序列作为工具位置序列的随机集合，c)使用第一成本函数为可能的工具位置序列计算相应的第一成本因子，该第一成本函数使用第一转移时间函数和第二转移时间函数，d)根据相应的第一成本因子对步骤c)中获得的工具位置序列进行排序，并且使用具有最低第一成本因子的工具位置序列的子集合作为工具位置序列的选择集合，并且基于工具位置序列的选择集合探索新的工具位置序列，并且将新的工具位置序列添加到工具位置序列的选择集合，继续步骤c)以计算成本函数并且执行所述排序和选择以及探索，直到达到迭代次数的预定义参数，将具有最低成本函数的工具位置序列的选择集合定义为最优工具配置，e)根据最优工具配置将工具从其初始位置转移到最优位置，f)由制造机器利用最优工具配置制造工件。2.根据前述权利要求所述的方法，其中，根据以下相关性定义第一成本函数:其中C...第一成本函数，G...第一转移时间函数，R...第二转移时间函数，O ...操作时间函数，MT.....

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：