随着生产线加工零件的效率和复杂程度不断提升,刀具的快速响应成为设备高效制造的必要条件之一。特别对于生产线的精密大型设备,应用刀具种类多,刀具重量大,换刀过程复杂,人工换刀已经无法满足柔性高效的制造需求。因此,针对生产线大型精密设备集中配置中央刀库,实现快速、准确配置加工刀具具有重大的现实意义和应用价值。本文结合国家科技重大专项“大型金属壳段快速研制示范生产线”（2016ZX04002004）项目,围绕中央刀库系统设计、建模、调度优化和仿真验证等进行了系统深入的研究。首先研究了大型数控镗床对中央刀库系统的需求和工艺基本要求。基于华中8型控制系统平台和机器手,设计了数控镗床中央刀库系统的总体方案,提出了中央刀库系统的着色、赋时Petri网建模方法,实现了数控镗床中央刀库系统的数字化建模。其次,研究了刀具流调度与车间设备调度的关系,分析了传统基于工序备刀的工件流和工步备刀的刀具流差别,以机床总加工最小时间为优化目标,建立了基于工步的刀具流综合调度模型。根据中央刀库系统调度优化特点,基于遗传算法的并行性和模拟退火的跳突能力,实现了遗传算法与模拟退火算法融合的调度优化策略。详细设计了算法实现过程,考虑刀具资源的影响,提出了三层染色体编码结构,设计了中央刀库系统调度优化软件。最后,针对实际生产任务需求,开展了基于实际工况驱动的仿真实验。实验结果证明了融合算法相较于传统遗传算法,具有更优性能。可在有限刀具资源下,完成刀具流的综合调度,缩减了生产线机床等刀时间,提升了刀具的配置效率。并使用着色时间Petri网进行了算法优化下的建模分析,通过可达树和S不变量分析,验证了在该调度下模型的有效性和实用性。