[发明专利]基于模块化的可重构机床设计方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机辅助机械设计技术领域，涉及可重构机床设计的方法。

背景技术

可重构制造系统是一种具有主动适应外界环境变化和被动响应系统内部扰动两大功能的 制造系统，它能够在现有系统的基础上通过系统构件的重构，改变系统的结构，从而调整系 统的功能和生产能力以适应产品品种的变化或市场需求量的变化。可重构制造系统，其6个 特征分别为模块化，开放性，可扩展性，可集成性，可转变性，客户定制，可诊断性。其中 模块化是可重构制造系统的最核心特征。可重构制造系统由上层的规划调度控制器和底层的 可重构机床组成。可重构机床作为可重构制造系统的最小单元，根据制造系统的工序需求和 重构能力确定可重构机床必须具有的基本功能和结构配置，同时需要设计一些具有可重构能 力的机床模块，并在机床模块库中选择合适的机床模块合成满足功能需求(包括运动和结构) 和完成结构配置，实现资源在整个生命周期的可重用，最大化利用现有的资源，为了实现机 床结构的定制化柔性，需要根据可重构制造系统的工序需求和重构能力确定可重构机床必须 具有的基本功能和结构配置，并在模块库中选择合适的机床模块合成满足功能需求(包括运 动和结构)和完成配置。

经对现有技术的文献检索发现，Yong-Moon教授在《Transactions of the ASME》(美国机 械工程师协会学报)(2002年5月，V124第480页)上发表的“Design of Reconfigurable Machine Tools”(可重构机床设计)，该文中提出可重构机床的运动合成方法，不足之处是仅从可重构 机床运动的可行性角度出发，该方法应用了图论来合成配置，尽管这些研究显示了图论在机 床配置设计中的潜力，但是它们对图表达和物理机械模块之间的关系没有作更进一步的研究， 更没有考虑其他方面的设计要求，如可重构机床设计的模块划分和相应模块的功能设计。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于模块化的可重构机床设计方法，使 其从模块化的可重构机床及计算机辅助软件相集成的角度，在构建机床结构时，同时对机床 和控制器进行运动及相关配置实现控制模块的快速重构。

本发明是通过以下的技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

步骤一，基于参数化设计的模块创建；

指针对不同可重构机床类型：加工中心、铣床、磨床、钻床、车床和拉床等，对可重构 机床的各个模块进行参数化设计，根据机床大类建立参数化功能模块库：床身、立柱、工作 台、主轴、刀库、转台和滑台等，基于参数化设计的模块创建为可重构机床系统设计建立基 础。

步骤二，模块编码系统研究，利用遗传算法对各模块进行系统编码；

所述模块编码系统研究是指：对于建立的参数化设计的模块进行合理编码，利用数值编 码系统对各个模块进行系统分类编码，有利于后期可重构调用，建立基于遗传算法的模块分 类模型可以更直观的表达可重构机床所需执行的运动的顺序和关系。

自适应遗传算子操作：

在进化过程中，为保证不陷入局部最优，引入适应度变化率参数CR来衡量上下两代种群 的变化：