變速箱齒輪自動生產線的刀具更換決策方法研究.pdf

1、刀具磨損是齒輪加工中普遍存在的客觀現(xiàn)象，磨損引發(fā)的刀具性能退化是影響齒輪質量的主要因素。但是，頻繁的刀具更換不僅會增加刀具成本，還會造成大量生產中斷，影響制齒機床的生產效率。在變速箱齒輪自動生產線中，頻繁的刀具更換還可能造成整條生產線運行中斷。因此，需要對變速箱齒輪自動生產線刀具更換進行合理控制。本文結合國家科技重大專項“轎車變速箱齒輪加工自動生產線”課題，以變速箱齒輪自動生產線為研究對象，將工件加工質量、切削能耗以及刀具失效作為影響刀

2、具更換決策的主要因素，對生產線機床刀具更換決策問題進行研究，旨在提出能夠降低生產成本、提高生產效率和生產過程能量效率的刀具更換決策方法。
　　首先，分析專項所研制變速箱齒輪自動生產線的生產特點及工藝流程；分析生產線機床刀具磨損對齒輪生產過程質量失效概率、單位工件切削能耗以及生產過程連續(xù)性的影響；提出變速箱齒輪自動生產線刀具更換決策問題，并建立變速箱齒輪加工自動生產線刀具更換決策研究框架，分析刀具更換決策研究的決策目標、影響因素、建

3、模技術等。
　　其次，以單位工件長程平均成本為優(yōu)化目標對變速箱齒輪自動生產線機床周期性刀具更換決策問題進行研究。分析影響刀具更換決策的成本因素，基于Logistic方程建立齒輪生產過程的質量失效概率模型，進而對刀具磨損引起的齒輪加工過程質量損失進行估計；以刀具更換周期為決策變量，以單位工件長程平均成本最小為目標，基于更新報酬定理建立周期性刀具更換決策模型，研究模型的求解方法并對最優(yōu)解的特性進行分析。
　　再次，以生產率和能量

4、效率為優(yōu)化目標對變速箱齒輪自動生產線機床周期性刀具更換決策問題進行研究。用離散時間、離散狀態(tài)的馬爾可夫鏈描述刀具磨損過程，進而分別建立長程平均生產率模型和長程平均能量效率模型；在此基礎上以刀具更換周期為決策變量，以生產率和能量效率為優(yōu)化目標建立雙目標優(yōu)化的周期性刀具更換決策模型；利用馬爾可夫鏈的長游程性驗證模型的準確性，分析長程平均生產率和長程平均能量效率隨刀具更換周期的變化特性。
　　然后，基于部分可觀察馬爾可夫決策過程（Par

5、tially Observable Markov Decision Process，POMDP）理論對變速箱齒輪自動生產線機床動態(tài)刀具更換決策問題進行研究。依據(jù)POMDP基本框架以及刀具磨損對質量失效概率和切削能耗的影響規(guī)律，建立刀具更換決策的觀察與刀具磨損過程馬爾可夫鏈狀態(tài)之間的關聯(lián)；確定刀具更換決策行動集合，分析觀察、行動與能量效率之間的聯(lián)系，建立關于決策階段能量效率的即時報酬函數(shù)；以有限階段期望總報酬最大為目標建立動態(tài)刀具更換決策