基于Petri网的多横梁水切割走刀路径优选方法

摘要

一种基于Petri网的多横梁水切割走刀路径优选方法，用Petri网的令牌播放功能，模拟多横梁系统的切割过程，优选出所需要的协调两两相邻横梁系统的总次数最少的走刀路径设置方案，方法步骤：输入待切割的大型工件的计算机辅助设计CAD文件，分解成各横梁系统的待切割部分的CAD子文件；将CAD子文件进一步导入计算机辅助制造CAM软件，设置各横梁系统的走刀路径，对于同一加工任务，可以设置若干种可能的走刀路径；由各种走刀路径方案对应地生成若干多切割过程的Petri网模型，并借助令牌播放计算各走刀路径给定的多切割过程所需的协调次数，选出所需要的协调两两相邻横梁系统的总次数最少的走刀路径，用于生成数控代码。

主权项

1.一种基于Petri网的多横梁水切割走刀路径优选方法，所述多横梁式水切割是由多横梁式水射流切割系统实现的，所述的多横梁式水射流切割系统包括n个横梁系统且n个横梁系统沿导轨方向依次排列并记为第1横梁系统、第2横梁系统、…、第i横梁系统、…、第n横梁系统，n为多横梁式水射流切割系统中的横梁系统总数，n∈□⁺且n≥2，□⁺为正整数的集合，i∈[1，n]，各横梁系统含一个设有水刀头的横梁及计算机数字控制CNC系统，其特征在于，该方法包括以下步骤：A.对多横梁式水切割系统的加工区域进行划分：分别将第1横梁系统、第2横梁系统、…、第i横梁系统、…、第n横梁系统中的各横梁运动所覆盖的最大区域，作为第1可达区、第2可达区、…、第i可达区、…、第n1可达区，n1＝n，将相邻的第j可达区和第j+1可达区的重叠部分作为第j重叠区，j∈[1，n-1]，第j重叠区沿导轨方向的两条边界线，分别称为第j重叠区的左重叠线与右重叠线，分别将第1重叠区、第2重叠区、…、第n2-1重叠区的两侧沿导轨各增加一横梁的宽度，形成第1干涉区、第2干涉区、…、第n2-1干涉区，n2＝n，将第1干涉区、第2干涉区、…、第n2-1干涉区沿导轨方向的两条边界线，分别称为第1干涉区左干涉线与右干涉线、第2干涉区左干涉线与右干涉线、…、第n2-1干涉区左干涉线与右干涉线，B.以计算机辅助设计CAD文件的形式输入给定的大型工件切割任务，按照以下情况进行切割轮廓的分解和分配，形成各横梁系统的切割部分的CAD子文件：B1.如果待切割轮廓完全位于第j重叠区内，j∈[1，n-1]，则将待切割轮廓分配给第j横梁系统或第j+1横梁系统；如果待切割轮廓位于第j可达区内的第j重叠区之外的区域，则将待切割轮廓分配给第j横梁系统；如果待切割轮廓位于第j可达区内且待切割轮廓始于第j重叠区内、止于第j重叠区外，则将待切割轮廓分配给第j横梁系统；B2.对于连续跨越第j重叠区、第j+1重叠区、…、第j+k-1重叠区的待切割轮廓，j，k∈[1，n-1]且i+k∈[2，n]，k∈□⁺代表跨越的重叠区个数，以待切割轮廓跨越的各重叠干涉区的中心线为界，将待切割轮廓沿导轨方向分割成第j段、第j+1段、…、第j+k-1段、第j+k段，分割后的各待切割轮廓段分别分配给第j横梁系统、第j+1横梁系统、…、第j+k-1横梁系统、第j+k横梁系统；C.将上述的各CAD子文件导入水切割计算机辅助制造CAM软件，设置各横梁系统的水刀头的走刀路径即刀头的启动点、水刀头的终止点、各轮廓的切入点与切出点、快进路线、各轮廓加工的先后顺序，以及输入切割准备时间、切割速度、快进速度、水与磨料阀开与关的耗时参数；D.将分配给各个横梁系统的轮廓中跨越干涉线的每条轮廓和每条快进路径，以干涉线为界分段并标记，将所有轮廓按照加工的先后顺序标记成干涉区内轮廓段与干涉区外轮廓段两类，将分配给第i横梁系统的干涉区内轮廓段与干涉区外轮廓段分别记为分别为分配给第i横梁系统的干涉区内轮廓段与干涉区外轮廓段的总数，再将各个横梁系统的所有快进路径按照加工的先后顺序标记成干涉区内快进路径段与干涉区外快进路径段两类，将第i横梁系统的干涉区内快进路径段与干涉区外快进路径段分别记为分别为第i横梁系统的干涉区内快进路径段与干涉区外快进路径段的总数；E.根据切割准备时间、切割速度、快进速度、水与磨料阀开与关的耗时参数，计算第i横梁系统的刀头启动过程耗时TOⁱ与刀头终止过程耗时TEⁱ，走刀路径中干涉区内轮廓段与干涉区外轮廓段的执行时间分别记为分别与一一对应，以及第i横梁系统的干涉区内快进路径段与干涉区外快进路径段的执行时间分别记为分别与一一对应；F.建立多横梁水切割过程的Petri网模型：①对第i横梁系统的刀头启动过程与刀头终止过程分别建模为启动库所p_i，O与终止库所p_i，E，启动库所包含一个令牌，重复本步骤，依次取i＝1～n；②对分配给第i横梁系统的干涉区内个轮廓段与干涉区外个轮廓段的切割过程，以及第i横梁的干涉区内个快进路径段与干涉区外个快进路径段的快进过程，分别建模为个区内切割库所、个区外切割库所、个区内快进库所及个区外快进库所并按照横梁刀头行进的先后顺序分别记为p_i，1，p_i，2，...，p_i，s,重复本步骤，依次取i＝1～n；将第i横梁系统的刀头启动过程耗时TOⁱ、刀头终止过程耗时TEⁱ，分别赋予启动库所p_i，O、终止库所p_i，E，干涉区内轮廓段的执行时间与干涉区外轮廓段的执行时间，以及干涉区内快进路径段的执行时间与干涉区外快进路径段的执行时间，称为令牌保持时间，分别赋予p_i，1，p_i，2,...，p_i,s中对应的库所，重复本步骤，依次取i＝1～n；③添加s+1个变迁t_i，1，t_i，2，...，t_i，s，t_i，s+1，然后由p_i，O引出一条有向弧指向t_i，1，t_i，1引出一条有向弧指向p_i，1，p_i，1再引出一条有向弧指向t_i，2，t_i，2再引出一条有向弧指向p_i,2，依次类推，直到p_i，s引出一条有向弧指向t_i，s+1，t_i，s+1再引出一条有向弧指向p_i，E，重复本步骤，依次取i＝1～n，变迁表示上一个过程的结束与下一个过程的开始，所有有向弧上的权重赋为1，得到计时Petri网模型；④将n-1个干涉区分别建模为n-1个资源库所并分别标记为p₁，p₂，...，p_n-1，并各放置一个令牌，将第i横梁系统的任一干涉区的所有区内切割库所及区内快进库所中的每个库所的后置变迁引出一条有向弧指向所述任一干涉区的资源库所，然后再由这一资源库所分别引出一条有向弧指向所述任一干涉区的所有区内切割库所及区内快进库所中的每个库所的前置变迁，重复本步骤，依次取i＝1，2，…，n，形成中间Petri网模型，然后将得到的中间Petri网模型中每个包含资源库所的自回路的所有有向弧删除，最终形成多切割过程的Petri网模型；G.利用步骤F得到的多切割过程的Petri网模型，进行仿真并计算上述给定走刀路径下所需的相邻横梁系统的协调次数：①将多切割过程的Petri网模型中的资源库所p₁，p₂，...，p_n-1中各添置一个新令牌，使得令牌令牌数目为2；②对新得到的Petri网模型，播放各启动库所p_i，O、资源库所p₁，p₂，...，p_n-1中的令牌，所述的令牌播放规则，如下：其一、令牌播放由变迁的触发驱动，先检查所有变迁找出满足以下触发条件的变迁：条件一：变迁的各前置库所中的令牌数目均大于等于1；条件二：变迁的各前置库所中令牌的持有时间已经大于等于赋予的令牌保持时间；其二、满足触发条件的变迁将触发，触发将会使得这一变迁的各前置库所失去一个令牌，同时这一变迁的所有后置库所中添加一个令牌，实现令牌的一步播放；达到新的标识即新状态之后，重复地按照以上的令牌播放规则，一步步地动态仿真切割过程，直至所有的终止库所p_i，E都获得令牌；③计算协调次数，若一个资源库所中的令牌数目变为0，则表明竞争这一资源库所所对应的干涉区的分别属于相邻横梁系统的两个切割过程或者两个快进过程或者一是快进过程另一个为切割过程，同时占有这一干涉区，发生碰撞的次数为1，分别对各资源库所中令牌数目变0的情景的次数进行累加，得到各干涉区发生冲突的次数，也就是需要动态协调避免冲突的次数，再累加得到所需的多横梁系统的协调总次数；H.如果得到的多横梁走刀路径的数目小于10，则对于上述给定的大型工件切割任务，返回步骤C，重新设置各横梁系统的走刀路径，然后再次执行步骤D～G；否则，比较得到每次设置的多横梁走刀路径下所需的多横梁系统的协调总次数，选择多横梁系统的协调总次数数值最小的多横梁走刀路径作为最优路径。