基于PLC的车锁柔性装配系统
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摘要
柔性装配系统(Flexible Assembly System)是近年才发展起来的一种自动装配系统，它是由计算机控制的具有高度的装配自动化、装配柔性、生产率及较好的可靠性的自动装配系统。
20世纪，随着柔性加工系统的开发趋于成熟，并进入推广阶段，以及计算机技术的发展，为柔性装配系统的开发创造了条件。另一方面，由于近几年来产品的迅速更新，产品品种的不断增加和批量的下降，对自动装配系统要求具有一定的柔性。于是人们把已经开发成功的柔性加工系统的原理应用于柔性装配系统的开发之中。柔性装配系统与以前应用的固定装配系统配置及操作有着本质的区别，柔性装配系统要求系统具有良好的响应内部和外部变化的能力，同时柔性应贯穿系统的整个生命周期(设计、实现、运行、维护)，具有可集成性和协作能力。
本文将柔性装配系统(FAS)的概念和系统思想引进了锁片装配系统的研制过程中。使采用PLC控制的锁片自动装配系统更具特色：那就是柔性。在整个研制过程中，贯穿柔性装配的思想。在设计中，考虑不同锁片装配的兼容性，使系统不仅可以装配双锁片，而且也可以装配其他类型的锁片。采用模块化设计思想，在硬件上采用组合式结构的PLC作为系统的控制器，便于系统调整；对于整个装配过程的控制任务采用模块化的编程思想，以适应调整工况的要求。
在FAS系统运行中，故障的出现是影响系统性能的一大杀手。因此故障诊断不可少。FAS由于它的复杂性及随机性，其故障具有种类多，分布广，原因复杂等特点，这些因素增加了FAS的故障诊断的难度和复杂度。使得传统的基于数学模型和物理模型的方法无法满足FAS故障诊断的要求。本文中采用专家系统技术来诊断处理FAS故障，介绍了FAS系统故障诊断的一些方法，详细介绍了FAS故障诊断专家系统的推理方法及推理策略，以及知识库的建立。根据这些故障诊断的理论，结合锁片自动装配系统，建立了一个故障诊断的专家系统，从系统结构，阐述了模型的建立，并着重分析了该系统的推理机制，对其推理算法进行了一定的研究，为今后的进一步研究奠定了基础。
Flexible assembly system is a sort of assembly system controlled by computer and is automatic assembly system with altitudinal assembly automatization, assembly flexible character, high productivity and preferable reliability.
In 20th century, with the development of flexible manufacture system and computer flexible assembly system has made a fast promotion. In another side, in order to adapt to the need of quick exchange of product and the increase in types of product, automation assembly system must be flexible. And then, the principle of flexible manufacture system has been used into the development of flexible assembly system. Flexible assembly system unlike old fix assembly system, it requires fine response to change of inside or outside. During the whole period of action, the 'Flexible' would run through the system.
In this paper, the concept and idea of FAS has been introduced into the research automatic assemble system for car's latch pieces so it behave more flexible. During the whole period of development, the idea of flexible has been used in hardware and also in software. When designed the system, the compatibility of assembly for different types pieces must be considered. System can assemble not only two-pieces type latch but also other types latches. Modularized idea has been used run through the whole work.
When FAS is running, fault can influence the performance of the system. For this reason, fault diagnosis has an important role. Since it's complexity and randomicity, fault appears many types and a wide distribution . The reasons to cause fault are complex also. All of these elements add the difficulty and complexity of fault diagnosis of FAS and cause traditional method based on math and physics can not met the need of fault diagnosis of FAS. In this paper, some method of faults diagnosis had been introduced and the technology of expert system has been used to deal with the fault of FAS and it's reasoning strategy. According to these theories, one expert system of fault diagnosis has been built up and made a good start for deep research.
20世纪，随着柔性加工系统的开发趋于成熟，并进入推广阶段，以及计算机技术的发展，为柔性装配系统的开发创造了条件。另一方面，由于近几年来产品的迅速更新，产品品种的不断增加和批量的下降，对自动装配系统要求具有一定的柔性。于是人们把已经开发成功的柔性加工系统的原理应用于柔性装配系统的开发之中。柔性装配系统与以前应用的固定装配系统配置及操作有着本质的区别，柔性装配系统要求系统具有良好的响应内部和外部变化的能力，同时柔性应贯穿系统的整个生命周期(设计、实现、运行、维护)，具有可集成性和协作能力。
本文将柔性装配系统(FAS)的概念和系统思想引进了锁片装配系统的研制过程中。使采用PLC控制的锁片自动装配系统更具特色：那就是柔性。在整个研制过程中，贯穿柔性装配的思想。在设计中，考虑不同锁片装配的兼容性，使系统不仅可以装配双锁片，而且也可以装配其他类型的锁片。采用模块化设计思想，在硬件上采用组合式结构的PLC作为系统的控制器，便于系统调整；对于整个装配过程的控制任务采用模块化的编程思想，以适应调整工况的要求。
在FAS系统运行中，故障的出现是影响系统性能的一大杀手。因此故障诊断不可少。FAS由于它的复杂性及随机性，其故障具有种类多，分布广，原因复杂等特点，这些因素增加了FAS的故障诊断的难度和复杂度。使得传统的基于数学模型和物理模型的方法无法满足FAS故障诊断的要求。本文中采用专家系统技术来诊断处理FAS故障，介绍了FAS系统故障诊断的一些方法，详细介绍了FAS故障诊断专家系统的推理方法及推理策略，以及知识库的建立。根据这些故障诊断的理论，结合锁片自动装配系统，建立了一个故障诊断的专家系统，从系统结构，阐述了模型的建立，并着重分析了该系统的推理机制，对其推理算法进行了一定的研究，为今后的进一步研究奠定了基础。
Flexible assembly system is a sort of assembly system controlled by computer and is automatic assembly system with altitudinal assembly automatization, assembly flexible character, high productivity and preferable reliability.
In 20th century, with the development of flexible manufacture system and computer flexible assembly system has made a fast promotion. In another side, in order to adapt to the need of quick exchange of product and the increase in types of product, automation assembly system must be flexible. And then, the principle of flexible manufacture system has been used into the development of flexible assembly system. Flexible assembly system unlike old fix assembly system, it requires fine response to change of inside or outside. During the whole period of action, the 'Flexible' would run through the system.
In this paper, the concept and idea of FAS has been introduced into the research automatic assemble system for car's latch pieces so it behave more flexible. During the whole period of development, the idea of flexible has been used in hardware and also in software. When designed the system, the compatibility of assembly for different types pieces must be considered. System can assemble not only two-pieces type latch but also other types latches. Modularized idea has been used run through the whole work.
When FAS is running, fault can influence the performance of the system. For this reason, fault diagnosis has an important role. Since it's complexity and randomicity, fault appears many types and a wide distribution . The reasons to cause fault are complex also. All of these elements add the difficulty and complexity of fault diagnosis of FAS and cause traditional method based on math and physics can not met the need of fault diagnosis of FAS. In this paper, some method of faults diagnosis had been introduced and the technology of expert system has been used to deal with the fault of FAS and it's reasoning strategy. According to these theories, one expert system of fault diagnosis has been built up and made a good start for deep research.
引文
[1] 张陪忠，《柔性制造系统》，机械工业出版社，1998．2
[2] 焦振学，《先进制造技术》，北京理工大学，1997．7
[3] 吴启迪等，《柔性制造自动化的原理与实践》，清华大学出版社
[4] 编委会，《柔性制造系统》，兵器工业出版社，1995．5
[5] 重庆大学制造系统工程研究所，《柔性制造技术研究论文集》
[6] 郝琪，彭炎午．FMS的发展及我国成功建造FMS的道路．机械工业自动化，1997，(3)
[7] 蒋庆全，柔性制造系统的现状及发展趋势．机械制造，1998．(4)
[8] 李指俊，柔性制造技术及其发展趋势．机电一体化，1996．(1)
[9] 丁洪，智能制造系统-对人工智能技术与制造自动化技术的挑战，机械工业自动化，1993．13(1)
[10] 王宁生，柔性制造系统(FMS)综述，工业控制计算机，1990
[11] 祁国宁，韩君已，计算机集成制造(CIM)的概念与实施，机床，1991
[12] 韩君已，顾新建，祁国宁，《现代制造系统与技术》，上海科学技术文献出版社，1996．3
[13] 邓子琼，李小宁等，《柔性制造系统建模及仿真》，国防工业出版社，1993
[14] (英)A.E.欧文，《柔性装配系统》，机械工业出版社，1991．2
[15] 魏东源，朱文坚，柔性装配系统的总体评价，机械
[16] 吴学忠，基于多传感器的刀具状态监测理论与实验研究，国防科学技术大学，1998．
[17] 何健廉，陈加栋，马海波，《柔性装配系统的设计与实现》，清华大学出版社，2000．7
[18] Isermann R.Automatica,1984.20(4):387～404
[19] Isermann R,Balle P.Control Engineering Practice,1997.5(5)：709～719
[20] 邱静，胡政，温熙森，FMS状态监控与故障诊断述评，中国机械工程．
[21] 肖祥胜，苏宝华，雷刚等，FMS故障诊断专家系统的研究与设计，机械工业自动化，1996．18(3)
[22] 庆胜，邬学礼，FMS实时故障诊断专家系统的研究，机械工业自动化，1997．19(3)
[23] 高春华，李人厚，FMS智能单元控制器中调度核心的设计，机械工业自动化，1997．19(2)
[24] 史天运等，FMS状态监控与故障诊断总体方案探讨，机械工业自动化，1997．19(4)
[25] 肖鹏东，徐常胜，周兆英，FMS柔性分析，机械工业自动化，1995．17(3)
[26] 徐常胜，肖鹏东，周兆英，刘思行，柔性制造系统中的调度问题，机械工业自动化，1995．17(3)
[27] 胡文彬，柔性制造环境下基于质量控制的故障诊断系统的研究，华中理工大学，1995
[28] 田文健，机械工程学报，1995．31(4)：55-61
[29] (日)古川勇二，《柔性制造系统》，机械工业出版社，1982
[30] (美)查尔斯·斯塔克·德雷珀试验室，《柔性制造系统手册》，宇航出版社，1987
[31] M J Shaw. Knowledge-based Scheduling in Flexible Manufacturing System: an Integration of Patterndirected Interference and Heuristic Search. International Journal of Production Research, 1988(26):821-844
[32] 王时龙，CIM单元控制系统理论和技术的研究，重庆大学，1995．12
[33] 叶文华，严洪森等．CAC CIMS／FA车间控制器的开发研究．第三届中国CIMS学术会议论文集，1994．9：6-66～72
[34] Alex Bykat. Applied Artificial Intelligent, 1991(5):339～352
[35] Valavanis K P. Journal of Intelligent and Robotic Systems, 1994, 10:113～145
[36] 吴季良，《柔性制造系统实例》，机械工业出版社，
[37] 何友华，《可编程序控制器及常用控制电器》，冶金工业出版社，1999
[38] 张晓坤，《可编程控制器原理及应用》，西北工业大学出版社，1998．12
[39] 北京机床研究所，俞圣梅，杜陀，我国FMS技术的发展现状，制造技术与机床，1994．2
[40] 蔡复之，国家CIMS工程研究中心制造系统试验室，机械工业自动化，1995．17(4)
[41] 流程工业CIMS初步设计，基础自动化，2000．7(3)
[42] 《机电一体化技术词典》，机械工业出版社，1991．8
[43] 周林，廖常初，PLC梯形图顺序控制设计法的本质与流程并步，机械工业自动化，1995．17(1)
[44] 何国金，PLC顺序控制系统的快速逻辑设计法，机械工业自动化，1996．18(2)
[45] 北京清华大学核能技术设计研究所张维，石铭德，刘隆祉，可编程序控制器在核供热堆控制棒逻辑控制系统中的应用，电子技术应用，1999．(6)
[46] 哈尔滨工业大学 王明彦，关宇东，冯涛，塑料扁丝生产线PLC控制系统的设计，电子技术应用，1999．(6)
[47] 杭州浙江大学工业控制研究所 谢蜂，吴明光，基于PC-PLC结构的氧化釜监控系统的实现，电子技术应用，1999．(9)
[48] 杭州浙江大学内燃机研究所 刘震涛，俞小莉，严兆大，李永祥，活塞热疲劳试验控制系统，电子技术应用，1999．(6)
[49] 朱善君等，《可编程序控制系统：原理、应用、维护》，清华大学出版社，1992
[50] 崔亚军，《可编程控制器原理及程序设计》，电子工业出版社
[51] 周斌，《机电一体化使用技术手册》，兵器工业出版社，
[52] 颜文俊、朱轶强、屠涪琦，基于PLC的轿车门锁自动装配系统，浙江省自动化学会论文集，1999：机电工程，2000．3
[53] 陈春雨，李景学，可编程序控制器应用软件设计方法与技巧，电子工业出版社，1992
[54] 刘飞，钢板退火炉的PLC仿人模糊控制系统，自动化仪表，1997．18(1)
[55] 杨士元等，《可编程序控制器(PC)编程应用和维修》，清华大学出版社，1995
[56] 浙江大学电机教研室 王毓东，《电机学》，浙江大学出版社
[57] 任礼维，林瑞光，《电机与拖动基础》，浙江大学出版社
[58] 可编程序控制器CQM1操作手册
[59] 可编程序控制器CQM1安装手册
[60] SYSMAC软件编程手册
[61] NT31／NT31C可编程终端操作手册
[62] NT31／NT31C可编程终端编程手册
[63] 周化仁，潘学盈，王宗信，《检测与转换技术》，中国矿业大学出版社，1989．10
[2] 焦振学，《先进制造技术》，北京理工大学，1997．7
[3] 吴启迪等，《柔性制造自动化的原理与实践》，清华大学出版社
[4] 编委会，《柔性制造系统》，兵器工业出版社，1995．5
[5] 重庆大学制造系统工程研究所，《柔性制造技术研究论文集》
[6] 郝琪，彭炎午．FMS的发展及我国成功建造FMS的道路．机械工业自动化，1997，(3)
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[10] 王宁生，柔性制造系统(FMS)综述，工业控制计算机，1990
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[26] 徐常胜，肖鹏东，周兆英，刘思行，柔性制造系统中的调度问题，机械工业自动化，1995．17(3)
[27] 胡文彬，柔性制造环境下基于质量控制的故障诊断系统的研究，华中理工大学，1995
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[29] (日)古川勇二，《柔性制造系统》，机械工业出版社，1982
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[42] 《机电一体化技术词典》，机械工业出版社，1991．8
[43] 周林，廖常初，PLC梯形图顺序控制设计法的本质与流程并步，机械工业自动化，1995．17(1)
[44] 何国金，PLC顺序控制系统的快速逻辑设计法，机械工业自动化，1996．18(2)
[45] 北京清华大学核能技术设计研究所张维，石铭德，刘隆祉，可编程序控制器在核供热堆控制棒逻辑控制系统中的应用，电子技术应用，1999．(6)
[46] 哈尔滨工业大学 王明彦，关宇东，冯涛，塑料扁丝生产线PLC控制系统的设计，电子技术应用，1999．(6)
[47] 杭州浙江大学工业控制研究所 谢蜂，吴明光，基于PC-PLC结构的氧化釜监控系统的实现，电子技术应用，1999．(9)
[48] 杭州浙江大学内燃机研究所 刘震涛，俞小莉，严兆大，李永祥，活塞热疲劳试验控制系统，电子技术应用，1999．(6)
[49] 朱善君等，《可编程序控制系统：原理、应用、维护》，清华大学出版社，1992
[50] 崔亚军，《可编程控制器原理及程序设计》，电子工业出版社
[51] 周斌，《机电一体化使用技术手册》，兵器工业出版社，
[52] 颜文俊、朱轶强、屠涪琦，基于PLC的轿车门锁自动装配系统，浙江省自动化学会论文集，1999：机电工程，2000．3
[53] 陈春雨，李景学，可编程序控制器应用软件设计方法与技巧，电子工业出版社，1992
[54] 刘飞，钢板退火炉的PLC仿人模糊控制系统，自动化仪表，1997．18(1)
[55] 杨士元等，《可编程序控制器(PC)编程应用和维修》，清华大学出版社，1995
[56] 浙江大学电机教研室 王毓东，《电机学》，浙江大学出版社
[57] 任礼维，林瑞光，《电机与拖动基础》，浙江大学出版社
[58] 可编程序控制器CQM1操作手册
[59] 可编程序控制器CQM1安装手册
[60] SYSMAC软件编程手册
[61] NT31／NT31C可编程终端操作手册
[62] NT31／NT31C可编程终端编程手册
[63] 周化仁，潘学盈，王宗信，《检测与转换技术》，中国矿业大学出版社，1989．10