支持合弄結(jié)構(gòu)的數(shù)控加工智能控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)和裝備的核心技術(shù)，當(dāng)今世界各國(guó)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造水平和對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力。但是數(shù)控系統(tǒng)在控制方面一直扮演的是一種順序和邏輯執(zhí)行器的功能，它缺少有效的加工過(guò)程反饋，更無(wú)法與制造系統(tǒng)的其他智能決策系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互動(dòng)；在實(shí)際加工中為了避免存在不可預(yù)知的主軸電機(jī)過(guò)負(fù)荷或刀具破損，NC程序往往需要有經(jīng)驗(yàn)的工程師事先編制，一般都采取比較保守的切削用量，這導(dǎo)致了較低的加工效率；合適的切削用量經(jīng)過(guò)復(fù)雜計(jì)算可以得到，但得到

2、的切削用量無(wú)法知道是否與整個(gè)制造系統(tǒng)目標(biāo)協(xié)同。合弄控制結(jié)構(gòu)是一種綜合了遞階控制結(jié)構(gòu)和協(xié)同控制結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)的制造系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，它汲取分布式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，是一種柔性的、開(kāi)放的、具有能適應(yīng)廣大范圍制造要求的先進(jìn)控制結(jié)構(gòu)，為制造系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了新思路，正由于這種特點(diǎn)決定了它是制造系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)發(fā)展演變的必然結(jié)果。本文應(yīng)用合弄控制結(jié)構(gòu)思想，研究數(shù)控加工過(guò)程智能控制的有關(guān)問(wèn)題，研究成果對(duì)于提高我國(guó)的數(shù)控加工水平和加工效率具有重要作用，對(duì)于合弄

3、控制結(jié)構(gòu)在制造系統(tǒng)底層的具體實(shí)施具有一定理論指導(dǎo)意義。 本文的主要研究?jī)?nèi)容及成果可總結(jié)如下： (1)探討合弄控制結(jié)構(gòu)的原理及特點(diǎn)，分析合弄控制結(jié)構(gòu)決策能力的基礎(chǔ)上，提出了支持合弄控制結(jié)構(gòu)的數(shù)控加工過(guò)程離線(xiàn)規(guī)劃、在線(xiàn)規(guī)劃和實(shí)時(shí)規(guī)劃的三層規(guī)劃功能的智能控制系統(tǒng)模型，為數(shù)控加工環(huán)節(jié)支持合弄控制結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。在此系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，研究了基于多目標(biāo)決策的在線(xiàn)規(guī)劃的決策問(wèn)題，給出了加工特征關(guān)系圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示方式，提出了一種基于遺

4、傳算法和變貪婪算法相混合的問(wèn)題求解方法，研究成果為決策者在多變動(dòng)態(tài)的環(huán)境下提高數(shù)控加工在線(xiàn)工藝規(guī)劃水平提供一種新思路。 (2)分析傳統(tǒng)專(zhuān)家系統(tǒng)在銑削加工參數(shù)智能選擇應(yīng)用中存在的問(wèn)題，提出一種可實(shí)現(xiàn)銑削用量智能選擇的模糊邏輯推理方法。構(gòu)造了以刀具直徑、加工深度和材料硬度為輸入，以銑削速度和銑削進(jìn)給量為輸出的模糊推理模型。針對(duì)銑削進(jìn)給量推理模型的輸入與輸出規(guī)則復(fù)雜性問(wèn)題，給出了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與k-means聚類(lèi)相結(jié)合的機(jī)器學(xué)習(xí)

5、方法，實(shí)現(xiàn)了推理規(guī)則知識(shí)的自動(dòng)獲取，通過(guò)手冊(cè)數(shù)據(jù)與模型推理結(jié)果的對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了提出的方法具有良好的智能推理性能，研究成果為專(zhuān)家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)銑削用量在線(xiàn)智能選擇提供一種新方法。 (3)研究設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化匹配Agent需要的相關(guān)配套技術(shù)，建立了加工參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化模型，給出了應(yīng)用遺傳算法求解多目標(biāo)優(yōu)化模型的方法，并通過(guò)模型求解獲取可供智能Agent學(xué)習(xí)樣本集，在此基礎(chǔ)上提出了一種應(yīng)用粒子群進(jìn)化算法同時(shí)優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其結(jié)構(gòu)的方法，

6、實(shí)現(xiàn)了對(duì)加工參數(shù)優(yōu)化匹配知識(shí)的有效獲取，為參數(shù)定量匹配Agent知識(shí)庫(kù)的建立奠定基礎(chǔ)。最后給出借用Visual C++為開(kāi)發(fā)工具、以 SQL Server為加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，以 CJlibrary類(lèi)庫(kù)為人機(jī)交互界面的開(kāi)發(fā)繼承類(lèi)庫(kù)，開(kāi)發(fā)加工參數(shù)優(yōu)化匹配Agent，并給出了具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。 (4)針對(duì)數(shù)控加工過(guò)程支持Holonic控制結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)性要求，提出了數(shù)控加工實(shí)時(shí)規(guī)劃Holon的決策模型，分析了模型中協(xié)調(diào)Agent的結(jié)構(gòu)及

7、功能原理，提出以模糊控制和專(zhuān)家控制混合控制方法為基礎(chǔ)的智能遞階控制結(jié)構(gòu)，為實(shí)時(shí)規(guī)劃Holon決策功能的執(zhí)行控制奠定基礎(chǔ)。為了支持這種方法的有效應(yīng)用，研究了以主軸功率為約束控制目標(biāo)，以進(jìn)給倍率開(kāi)關(guān)和與機(jī)床兼容的相關(guān)控制特性為遞階控制接口，以嵌入式單片機(jī)為實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)規(guī)劃Holon決策模型智能執(zhí)行控制器，并給出了具體實(shí)現(xiàn)方法。研究成果為機(jī)床設(shè)備自律、加工過(guò)程ACC控制和制造系統(tǒng)優(yōu)化三者之間實(shí)現(xiàn)協(xié)同，為傳統(tǒng)數(shù)控加工過(guò)程存在自動(dòng)化“孤