.分布式、网络化制造资源库初步设计一 可重构制造资源优化配置平台子系统体系结构本子系统的体系结构如上图所示，主要由三个模块组成物理制造单元库的构建模块，逻辑制造单元的设计模块，制造资源优化模块。输入工艺路线和虚拟设备 可重构制造资源优化配置平台 物理制造单元库构建模块 逻辑制造单元的设计模块制造资源优化配置模块一条最优逻辑制造单元状态反馈输入任务计划 图1 可重构制造资源优化配置平台子系统体系结构各个模块分工不同，但又相互联系。物理制造单元库的构建模块主要完成物理制造单元的构建和物理设备库的构建，正确合理的描述物理制造单元和物理设备资源，是系统的基础部分；逻辑制造单元设计模块主要完成物理设备在逻辑上的重构工作，使物理设备按需求重新配置构成一个新的逻辑制造单元；制造资源优化配置模块主要是建立所有的面向工艺的逻辑制造单元与物理制造单元的静态映射关系，实现制造资源的合理利用，满足复杂多变的生产加工任务需要。逻辑制造单元设计模块在物理制造单元库中提取设备，构造逻辑制造单元；物理制造单元库向制造资源优化配置模块提供优化所需的一些信息；逻辑制造单元模块向制造资源优化配置模块输入多条逻辑制造单元。本子系统可以单独使用，具有输出和输入接口（详见接口描述部分）。本子系统的输入接口来自基于知识的网络化协同工艺规划系统的工艺路线（含虚拟设备），到达逻辑制造单元设计模块供逻辑制造单元的设计；来自可视化制造过程管理与监控系统的任务计划，到达制造资源优化配置模块作为优化约束条件。本子系统的输出接口向可视化制造过程管理与监控系统输出状态反馈，主要是任务资源的落实情况；向集成化数控制造与仿真系统和制造执行系统以物理设备表的形式输出一条逻辑制造单元。二 可重构制造资源优化配置平台子系统各模块实现方案1.物理制造单元库构建模块的实现方案1.1物理制造单元信息模型本研究主要采用面向对象的方法研究物理制造单元的描述，建立物理制造单元的信息模型，从而建立制造资源库。物理制造单元的信息模型应该包括4个方面物理制造单元的管理信息、物理制造单元的制造能力、物理制造单元的状态和物理制造的单元的专用工装。1）物理制造单元的管理信息是指制造单元的员工信息、位置信息、成本信息、生产计划进度；2）物理制造单元的制造能力是指生产时制造单元可完成的工艺及制造能力，主要包括生产周期信息、尺寸生产能力、加工精度、可以加工的典型零件、可以完成的典型工艺特征；3）物理制造的单元的状态反映制造单元的运行状况和负荷状况;4）物理制造的单元的专用工装反映制造单元所必须的刀具、夹具、量具等。
图2 物理制造单元信息模型1.2设备资源信息模型设备资源是资源库中的最低层次的资源，物理制造单元由物理设备的组合构成，而且逻辑制造单元是物理设备在逻辑上的重构。因此，对设备资源的合理科学的描述非常关键，应该描述出能够为逻辑制造单元的产生有用的设备属性。同样，采用面向对象的方法来研究物理设备的描述，建立设备资源信息模型，设备资源信息模型应该包括以下四方面的信息设备资源的管理信息、设备资源的制造能力、设备资源的状态、设备专用工装。1 设备的管理信息包括设备资源的设备编号、名称、型号、主轴转速、电机功率、设备重量、外形尺寸、使用年限、月折旧、成本信息、位置信息、生产厂商、额定使用时间、大修时间、操作规程、注意事项；2 设备的制造能力主要包括加工的最大工件、加工直径、加工长度、刀架行程、工作精度、形状加工能力、加工工艺能力；3 设备的状态反映设备的运行状况和负荷状况（如空闲状态、装载状态、加工状态、拆卸状态等,以及各自状态之间的切换）。4 设备专用工装反映制造单元所必须的刀具、夹具、量具等。图3 设备资源信息模型1.3 切削机床的分类由于物理制造单元是由不同类型的设备组成，所以要对物理设备进行分类，根据设备的功能进行分类。金属切削机床车床普通车床,单轴及多轴自动车床,专用车床数控车床,卧式车削中心,立式车削中心立式车床镗床卧式镗床,立式镗床拉床切断机钻床钻削和攻丝机床,深孔钻床,单轴及多轴钻床火焰切割机床，包括等离子弧线切削机磨床激光加工机床激光切割机,激光附件及激光器加工中心卧式加工中心,立式加工中心,立卧两用加工中心铣床床身式桥式龙门铣床,升降台式铣床,仿形铣床刨床带锯床圆锯床弓锯床牛头刨床插床锻压机械专用机床检查,测量和试验设备机床元部件,附件及工装和工位器具1.4实现方案物理制造单元库构建模块的结构如下图所示物理制造单元库构建模块物理制造单元库单元1设备类别1物理设备物理设备物理设备物理设备设备类别2物理设备物理设备物理设备设备类别3物理设备物理设备物理设备区域行业制造资源网制造资源 构建工具网络接口 图4 车间级物理制造单元库构建模块的结构该模块主要由构建工具、物理制造单元库、网络接口组成。构建工具实现物理制造单元库的构建，是该模块的主要工具，制造资源构造工具主要是完成设备资源和物理制造单元的信息的输入、插入、修改、检验、根据条件查找，保证设备资源信息的完备性和一致性。由上面的资源模型建模可以知道，制造资源库由物理制造单元组成，而物理制造单元又由不同类别的设备组成，所以制造资源构造工具应该包括两部分资源的构建物理制造单元信息模型的构建和设备资源信息模型的构建，下面主要设计制造资源构建工具的实现方案。1.4.1 物理制造单元构建工具的实现方案物理制造单元构建工具应该具有一下功能1 添加物理制造单元向单元库插入新的制造单元；2 删除物理制造单元必须先删除物理制造单元里的设备，否则不能删除，出现提示；3 修改物理制造单元主要是修改物理制造单元的信息；4 查找物理制造单元根据输入的查找信息查找出要寻找的物理制造单元；5 检验物理制造单元检验该物理制造单元是否可执行（是否含有相应的物理设备）；6 复制物理制造单元为了便于对物理制造单元编辑；7 剪切物理制造单元为了便于对物理制造单元编辑；8 粘贴物理制造单元为了便于对物理制造单元编辑。图5 物理制造单元构建工具1.4.2 设备信息模型构建工具的实现方案设备信息模型构建工具应该具有一下功能1 添加物理设备向单元库插入新的设备；2 删除物理设备；3 修改物理设备主要是修改物理设备的信息；4 查找物理设备根据输入的查找信息查找出要寻找的物理设备；5 检验物理设备；6 复制物理设备为了便于对物理制造单元编辑；7 剪切物理设备为了便于对物理制造单元编辑；8 粘贴物理设备为了便于对物理制造单元编辑。图6 物理设备信息模型构建工具二.逻辑制造单元的设计模块的实现方案逻辑制造单元的设计是面向CAPP的，根据CAPP提供的工艺规程，对制造资源库进行扫描，查找满足工艺规程的逻辑制造单元。2.1逻辑制造单元设计模块的实现方案根据得到的初步工艺信息，包括加工方法，加工精度，加工特征、设备要求和工序图等进行制造资源的逻辑重组，生成满足相应约束条件的多个可能的逻辑制造单元，包括加工设备、工装附件、计算机硬件等逻辑重构。由此形成的制造系统是可重用的、可重构的和可扩充的，并具有敏捷性，可根据市场需求迅速重组出一个新的制造系统以适应不同产品生产的需要。初步的工艺信息可能比较简单，但其中必须包括零件的加工工序或工步信息、需用加工设备的种类（车、铣、刨、磨、钳等）、对设备的精度要求（尺寸精度、形状精度和位置精度）、零件的加工精度（尺寸精度、表面精度、形状精度和位置精度）、零件的几何特征（大小、形状、结构等）、所需特殊工装器具（刀具、夹具、量具等）等。上述信息由CAPP给出，可以不是很精确，但设计人员要能够根据所给出的信息得到或推理得出逻辑制造单元设计所必须的基本信息。通过逻辑制造单元设计模块的输入界面输入上述基本信息，在制造设备资源库中进行搜索，得到相应的虚拟设备和逻辑制造单元。当然，物理制造单元的位置信息也很重要，据统计，搬运成本在整个成本中占2050，因此，设计逻辑制造单元时，必须考虑零件的搬运成本，尽可能选择逻辑制造设备相互距离较近，使搬运成本最低。2.2 逻辑制造单元产生的流程逻辑制造单元的设计是面向CAPP的，根据CAPP提供的工艺信息，结合零件需求、制造的位置信息，可先确定一个查找的地域范围，目的是使零件加工过程中的搬运成本最低。在地域范围的约束下，对制造资源库进行搜索，查找满足工艺信息的逻辑制造单元。首先在一定地域范围内搜索有无现成的物理制造单元满足加工要求，如果有，可直接提取出来备选。然后再根据工艺规程对制造资源库同一地域的所有设备进行扫描，按需求重新配置构成一个新的逻辑制造单元。如果上述步骤可以产生逻辑制造单元，则把结果传给资源优化配置模块进行优化。如果上述过程不能找到相应的逻辑制造单元，则在整个资源库范围内进行查找，重复上述步骤。逻辑制造单元的组成设备可能是同一地址的，也可能是异地的，它是物理设备在逻辑上的重构。对两次所搜索的结果进行优化，选择出最优的方案作为逻辑制造单元。由此形成的制造系统是可重用的、可重构的和可扩充的，并具有敏捷性，可根据市场需求迅速重组出一个新的制造系统以适应不同产品生产的需要。当然，也有可能找不到相应的逻辑制造单元，这时候的选择有两个，要么买设备，要么改工艺。设计流程如下图所示。三.可重构制造资源优化配置平台子系统功能描述本子系统主要完成物理制造单元库的建立和逻辑单元的设计，以及资源的优化配置。系统分为三个模块，各个模块分工不同，但又相互联系。下面分别描述各模块的功能物理制造单元库的构建模块1）完成物理制造单元的构建和物理设备库的构建，能够正确合理的描述物理制造单元和物理设备资源，是系统的基础部分；2 具有物理制造单元构建工具和设备资源构建工具，可以方便的对资源库进行修改、删除、添加等编辑工作；3 具有删除或者新建物理制造单元库的功能；4 具有和区域网络资源库相互访问的网络接口。逻辑制造单元设计模块1 主要完成物理设备在逻辑上的重构工作，使物理设备按需求重新配置构成一个新的逻辑制造单元；2 具有导入或者输入工艺路线和逻辑设备的功能，以便根据工艺路线进行物理制造单元的选择或者根据逻辑设备进行物理设备的选择；3）通过一定的算法，在满足约束条件的情况下，对制造资源库进行搜索、查找，能选出相应的逻辑设备，4 具有输出或者导出多条逻辑制造单元的功能。三 接口描述本系统由5个子系统组成可视化制造过程管理与监控系统，基于知识的网络化协同工艺规划系统，可重构制造资源优化配置平台，集成化数控制造与仿真，制造执行系统。系统中的诸环节均与制造资源密切相关，但是不同的环节对制造资源的信息需求却不尽相同。因此，可重构制造资源优化配置平台子系统必须满足其它各子系统需要的信息要求即为输出信息；同时，其它各子系统也应该对可重构制造资源优化配置平台子系统提供需要的信息要求即为输入信息。制造资源优化配置一条最优逻辑制造单元多条逻辑制造单元详细工艺设计制造执行系统设备控制集成化数控制造与仿真可重构制造资源优化配置平台区域行业制造资源网建库工具网络接口 物理制造单元库基于知识的网络化协同工艺规划系统可视化制造过程管理与监控系统任务计划 工艺路线（优化约束条件）（任务资源落实情况）虚拟设备 状态反馈 物理设备表 物理设备表 物理设备表（包括设备精度等内容）（包括设备精度等内容）下面分别对各子系统和本系统的信息需求进行描述1 可视化制造过程管理与监控系统与可重构制造资源优化配置平台子系统的接口信息需求可视化制造过程管理与监控系统向本子系统提供任务计划和其它条件作为优化约束条件；本子系统向可视化制造过程管理与监控系统系统提供状态反馈，主要指任务资源落实情况。2 基于知识的网络化协同工艺规划系统与可重构制造资源优化配置平台子系统的接口信息需求基于知识的网络化协同工艺规划系统向本子系统提供工艺路线和虚拟设备供本子系统进行逻辑制造单元的设计；本子系统向基于知识的网络化协同工艺规划系统提供符合工艺信息的物理设备，以物理设备表的形式给出。3 集成化数控制造与仿真与可重构制造资源优化配置平台子系统的接口信息需求本子系统主要向集成化数控制造与仿真系统提供物理设备，以物理设备表的形式给出，具有设备精度等信息。4 制造执行系统与可重构制造资源优化配置平台子系统的接口信息需求本子系统主要向制造执行系统也是提供物理设备，以物理设备表的形式给出，具有设备精度等信息。；.