【機械類畢業(yè)論文中英文對照文獻翻譯】I2NC一種新型計算機數(shù)控【PDF英文6頁word中文翻譯4166字7頁】
【機械類畢業(yè)論文中英文對照文獻翻譯】I2NC一種新型計算機數(shù)控【PDF英文6頁word中文翻譯4166字7頁】,機械類畢業(yè)論文中英文對照文獻翻譯,PDF英文6頁,word中文翻譯4166字7頁,機械類,畢業(yè)論文,中英文,對照,對比,比照,文獻,翻譯,i2nc,一種,新型,計算機,數(shù)控,pdf,英文,word,中文翻譯
I2NC:一種新型計算機數(shù)控
畢俊熙，陶玉 強勵
計算機集成制造系統(tǒng)和機器人中心 機電學院
上海大學 內蒙古科技大學
上海市200072，中國 呼和浩特，內蒙古，010051，中國
Junxibi163@163.com,yutao@staff.shu.edu.cn junxibi163@163.com
摘要-這篇文章介紹了一種新型計算機數(shù)控，它的名字叫I2NC。I2NC（智能集成制造系統(tǒng)），它包括計算機輔助設計，計算機輔助工藝設計，計算機輔助制造和計算機數(shù)控。I2NC提供給它們一個統(tǒng)一的平臺來面向計算機數(shù)控制造。它讓它們的作業(yè)由分離的作業(yè)變成協(xié)同工作。在本文中，我們系統(tǒng)的描述和分析I2NC的概念和關鍵技術（比如人工智能，神經網(wǎng)絡，知識管理等）。我們也把STEP-NC的方法應用到I2NC中。
索引詞：計算機數(shù)控（CNC）；智能集成數(shù)控（I2NC）；STEP-NC；知識管理（KM）；人工智能（AI）
一、簡介
先進制造技術發(fā)展的趨勢包括數(shù)字化、高精度、高速、自動化、集成化、網(wǎng)絡化、智能化和綠色生產技術[1]。制造企業(yè)在不斷發(fā)展的經濟全球化市場以及飛速發(fā)展的科學技術在面臨嚴峻的挑戰(zhàn)和壓力 [2] 。尤其中小企業(yè)為了在日益激烈的市場競爭中取得勝利，必須改革傳統(tǒng)的制造業(yè)方法采用先進的技術，如人工智能(AI)，知識管理(KM)，專家系統(tǒng)(ES)，人工神經網(wǎng)絡(ANNS)，合適的控制優(yōu)化算法（ACO）等。因此，接受智能集成數(shù)字控制的概念對他們來說是及其重要的一件事情。I2NC的發(fā)展增強了從傳統(tǒng)數(shù)控能力到提高加工效率和質量，并保護了切削工具。溝通和合作能力因系統(tǒng)集成，資源分享和合作而提高。正如工業(yè)機械的大腦，計算機數(shù)控（CNC）是現(xiàn)代智能集成制造系統(tǒng)的核心單元。I2NC的結構可以表示為一個矩陣的任務和類別。三維立體是一個科學技術領域，包括： CAD，CAPP，CAM等。這個矩陣代表了I2MS的模型。數(shù)控技術是高度復雜的，需要不同領域的技術。雖然技術高度發(fā)展，當代的數(shù)控仍然需要更進一步的發(fā)展來滿足I2MS的要求。
在一個傳統(tǒng)的數(shù)控制造環(huán)境中，操作流通常從在CAD系統(tǒng)中創(chuàng)建的幾何模型的產品設計開始的。并基于幾何模型在用需要的加工指令將原料生產為最終產品后結束。事實上，這個過程包括CAD/CAPP/CAM/MT。這里的CAPP,CAM,MT是計算機輔助工藝設計，計算機輔助制造和機床的縮寫。這是一個非智能的執(zhí)行機制，并且是一個在現(xiàn)代工業(yè)制造系統(tǒng)中單一方向的型號工作流，如圖2所示。
CSCW（計算機支持協(xié)同工作）視為基于計算機網(wǎng)絡化協(xié)同制造網(wǎng)絡。它可以看做是一個分布制造的進化。這種進化特指個人和組織，從企業(yè)內部延伸到其供應商，客戶和合作伙伴以相互獲益。為了讓以上工作流變成雙信息流和讓CAD策劃、CAPP規(guī)劃者、凸輪規(guī)劃者、數(shù)控程序員協(xié)同工作，在這里我們基于STEP-NC和KM提供了一個協(xié)作環(huán)境數(shù)控系統(tǒng)。這類型的數(shù)控可被視為是一種智能集成數(shù)控，所以它被定義為I2NC。
在本文中，I2NC的簡要概念首先被提出。其次是引入基于STEP-NC的它的框架。然后對一些關鍵技術包括AI, ES, ANNs, KM等進行了討論。接下來成功的說明了I2NC如何應用于磨輥工作的。最后發(fā)表了在未來的I2MS中對I2NC的一些展望。
二、I2NC的定義和內涵
I2NC是智能集成數(shù)控的縮寫。智能和集成在I2NC系統(tǒng)中是兩個重要的因素?；谌祟惔竽X的工作原理與自然生物進化而產生的人工智能如ANNs、遺傳算法(GA)，模糊邏輯(FZ),ES,ACO，在過去的十年中收到可觀的增長的利益并已經被應用于數(shù)控加工。大部分的發(fā)展集中在智能控制算法及其應用于傳統(tǒng)的數(shù)控加工系統(tǒng)，所以他們沒有取得了良好的效果[4-5]。各部分系統(tǒng)的簡單濃縮是智能制造模型的理念，系統(tǒng)由這些濃縮的智能部分組成。每個智能體是相對孤立的單元，由這些單元組成的這個系統(tǒng)可以單獨和協(xié)作工作。為了實現(xiàn)的制造系統(tǒng)的總體智能，每個單元裝置的智能是必須的。對于I2NC系統(tǒng)的智能化，產業(yè)結構調整的方向和對智能的考慮是放在第一位考慮的，對于I2NC系統(tǒng)的集成，集成方法是其次考慮的。I2NC系統(tǒng)的智能化如下 [6]。
1)工作計劃的智能化
2)自主學習和發(fā)展的能力
3)自適應的人機界面
4) 制造過程的智能控制
5)智能故障診斷
因為G和M代碼用于傳統(tǒng)數(shù)控技術,這帶來了一些嚴重的問題比如在各種系統(tǒng)之間，數(shù)據(jù)共享整合，編程等等方面的不兼容。而且它限制開放能力，智能化的數(shù)控系統(tǒng)，并導致了在CNC和CAX技術方面的瓶頸現(xiàn)象。為了解決上述一些原因，歐盟通過了OPTIMAL和提供STEP-NC的概念的議案。STEP-NC(14694)把STEP(產品模型數(shù)據(jù)交換標準)擴展到了數(shù)控領域。它重新定義了一種在CAM的技術設計系統(tǒng)和數(shù)控控制系統(tǒng)之間的界面。這有助于在生產過程中減少傳統(tǒng)CAD / CAM的加工時間和消除過時的處理器。它支持未來智能化生產設備。事實STEP-NC是一種計算機數(shù)控語言并涵蓋了產品的整個生命周期。也就是說,它是一個高級編程語言是CAD-CAM-CNC的無縫集成。目前對STEP-NC標準的研究和開發(fā)仍然是在實驗室。因此首要任務是基于I2MS算法來研究和開發(fā)開放I2NC系統(tǒng)。
I2NC是智能集成數(shù)控的縮寫，這意味著提煉的傳統(tǒng)CIMS的一些功能如CAD、CAPP、CAM于一系列模塊中，這些模塊使應用程序分為一組任務框架。任務可以分解成詳細的子功能。每個功能模塊都是面向制造的具有較強的實用價值模塊。這些系統(tǒng)功能被組織和集成到大一點的零件模塊，并且這些零件模塊最終以一個統(tǒng)一的數(shù)控系統(tǒng)的用戶界面集成到一個具體應用CNC系統(tǒng)中。在I2MS中I2NC也是一種新的理論和方法。
三、I2NC的STEP-NC標準
STEP-NC是一種新的、全面的數(shù)據(jù)模型編程語言，形式化如ISO 14649，它是正在研制的國際標準。ISO 14649描述了一個從CAM和CNC到支持基于為CNC控制器創(chuàng)造可互換的和工件導向的STEP(IS010303)的產品直接使用。對智能控制,多種技術應發(fā)達，然而更新新的數(shù)據(jù)模型是重要的。STEP-NC的產品數(shù)據(jù)模型已經覆蓋了很多的信息，如三維幾何模型(AP - 238或AP -214)，特征定義(AP -224)，公差的定義(AP -219)，工藝流程等。通過智能界面，所有信息必須納入一個全體產品數(shù)據(jù)庫。STEP-NC應用協(xié)議AP-238所圖3[7]。AP- 238是一項數(shù)控機床的新的輸入標準，它會代替RS274D(IS06983)，同時它是在客戶和工廠溝通之間的一種新的語言，IGES已經被取代。基于STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)能從CAM系統(tǒng)直接讀取STEP文件(AP -238)，因此傳統(tǒng)CAD / CAM系統(tǒng)中的加工和編程的后信息處理器已經消失了。它已被STEP-NC處理器淘汰掉了。如圖所示圖4中，兩種模型風格的比較。
基于STEP-NC的數(shù)據(jù)程序（文件）風格如下面的例子：
ISO-10303-21;
HEADER;
FILE_ DESCRIPTION (('ISO 14649-11 EXAMPLE 1',
'SIMPLE PROGRAM WITH A PLANAR_ FACE, A
POCKET, AND A ROUND_ HOLE'),'1');
FILE_ NAME ('EXAMPLEI.STP','2020202, ('YONG
TAK HYUN','JOCHEN WOLF'),
('WZL, RWTH-AACHEN'), $,'ISO 14649',$);
FILE_ SCHEMA(('STEP_ NC-SCHEMA'));
ENDSEC;
DATA;
#1= PROJECT ('EXECUTE EXAMPLEI', #2(#4),$,$,$);
#2WORKPLAN ('MAIN WORKPLAN', (#10, #11, #12#13,#14),$,#8,$);
#4=WORKPIECE ('SIMPLE WORKPIECE', #6,0.010,$，$，$，
(#66,#67,#68,#69));
#6= MATERIAL ('ST-50','STEEL', (#7));
#7= PROPERTY_ PARAMETER ('E=20000N/M2);
#8= SETUP ('SETUPI', #71, #62 (#9));
#9=- WORKPIECE_ SETUP (#4, #74,$，$，());
#10=MACHINING_ WORKINGSTEP ('WS FINISH PLANAR FACE 1', #62 # 16,# 19,$);
#11= MACHINING_ WORKINGSTEP ('WS DRILL HOLE1',#62 #17, #2,$);
#12 MACHINING_ WORKINGSTEP ('WS REAM HOLE1',#62 #17, #2,$);
……
#12= CUTTING_ COMPONENT (100.000,$，$，$，$);
ENDSEC;
END-ISO-10303-2;
在運用STEP-NC下，數(shù)控系統(tǒng)對零件和制造過程可獲得總體描述。零件加工之前，數(shù)控能做些安全檢查并優(yōu)化生產工藝。STEP-NC方法有許多優(yōu)勢。STEP-NC的數(shù)據(jù)界面是一個中立的數(shù)據(jù)描述，而不是依靠CAM和NC，有助于提高交流能力和適應力，產品和技術信息包括在STEP-NC的文件中，信息交換能夠直接在CAD、CAM、CNC控制器中運行。在生產過程中數(shù)控可以根據(jù)選擇的工具預檢驗和優(yōu)化部分程序。這能提高工作效率，安全性和適應性。通過簡化加工結構，STEP-NC編譯器就能更好地使用機床工具的新功能，傳統(tǒng)的后信息處理器就被淘汰了。根據(jù)IS014649，STEP-NC控制器的工作流程必須包括翻譯、規(guī)劃和控制階段[8]。
四、I2NC的框架
數(shù)控機床的基本結構組成:
1)人機界面(HMI)
2)控制功能
3)數(shù)據(jù)處理在數(shù)控[9]
這就是I2NC。在提出的這個體系下，在擴展時尚的基本架構下，用戶的要求已經得到實現(xiàn)。如圖S所示，它包括以下主要功能模塊:
TPG（無干涉刀位軌跡生成），例如CAD/C APP/CAM模塊，它基于STEP-NC數(shù)據(jù)模型全面地擴展了包括部分編程的HMI(人機界面)和無干涉刀位軌跡生成。這些模塊把CAD/CAPP/CAM功能和編程系統(tǒng)合并在一起。當識別到這個加工特征和處理這些特征信息時，標準的CAD數(shù)據(jù)(STEP,AP203)可以被轉化為建立幾何模型內核數(shù)據(jù)。輸出被儲存在加工特征數(shù)據(jù)庫。通過使用機器語言，CAPP決定了處理結果和其他處理信息。接著，序列化,凸輪數(shù)控指令提取基于一步-數(shù)控(IS014649)。基于STEP-NC (IS014649)，CAM提取了數(shù)控結構。
與數(shù)控機床的活動相關的NCK / PLC控制模塊成功地運行了這個構架。通過激活伺服機制，NCK解釋了刀具路徑命令和運行了它們，并且可編程序控制器(PLC)執(zhí)行機器指令,如模具的更換工件裝卸。它的主要功能是控制機床這樣通過加工操作理想的形狀能夠精確的產生了。各種智能控制功能包括在其中，如自適應控制，人機交互，質量管理，資源管理，自我學習。
基于KM的工程數(shù)據(jù)為零件編程和TPG提供了綜合數(shù)據(jù)。這數(shù)據(jù)庫包括加工特征庫，加工資源庫，加工工藝數(shù)據(jù)庫，加工知識，診斷數(shù)據(jù)庫等。
五、I2NC的一些技術
因為I2NC是一個智能而集成數(shù)控，它的關鍵技術不但包括數(shù)控技術,而且包括額外的一體化和智能化技術。這里我們的目標是智能化技術，它包括AI，ES，ANNs和KM等技術。
A. 在I2NC中，人工智能的使用
人工智能是指機器能正常表現(xiàn)與人類智力有關一些包括如推理，學習和個人成長的功能的能力。在I2NC中，機械智能化越來越多使用的趨勢是清晰的，不大可能會扭轉的。在I2NC系統(tǒng)中人工智能技術的發(fā)展的這股推動力量是希望獲得專業(yè)知識和教訓，在這一形勢下從先前的經驗中獲得的專業(yè)知識和教訓能保證在未來操作安排中利益有所收獲。在CNC加工中，確定最佳和合適的切削參數(shù)可以減少加工誤差如人數(shù)破碎險，工具撓度和刀具磨損，從而提高生產率或最低成本。被廣泛應用于數(shù)控系統(tǒng)中的人工智能的特點闡述在圖6中。
B. 以知識為基礎的專家系統(tǒng)
以知識為基礎的專家系統(tǒng)(KBES)是智能的電腦程序，這些程序獲取某一特定領域的知識并模仿人類專家解決問題的策略來提供的建議。[10-12]識體系可以以這樣的方式操作，來執(zhí)行一個功能，這個功能通常需要人類智力。用于機械控制的KBES結構如圖7。它包含三個模塊:一個知識庫，推理的過程引擎和傳感器的數(shù)據(jù)采集與處理模塊。參考引擎驅動了系統(tǒng)和知識庫接口，因此給用戶的建議和解釋來證明系統(tǒng)的推理方法。這知識庫可以提供與實驗結果比較符合的近似加工控制。
C. 在I2NC中ANN技術的運用
ANNs已經成功地應用于許多的過程控制領域。近似非線性向量函數(shù)的功能結合動態(tài)元素獲得了一個強大的方法，模擬非線性動力系統(tǒng)。ANNs已經被成功應用于制造自動化。在數(shù)控系統(tǒng)中，ANNs主要用于參數(shù)選擇和優(yōu)化加工過程。從傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)到傳統(tǒng)計算，ANNs在很多方面不同。ANN有以下主要優(yōu)點:
1. 可以通過學習培訓例子獲得知識。
2. 知識儲存在一個分布式的樣式中。
3. 只要解決方法建立在在同一領域的培訓資料上，ANNs可以提供解決問題的方法這個問題先前沒有經歷過。
4. 這種情況下運用的另一個優(yōu)點是基于數(shù)控這樣一個系統(tǒng)可以很容易地納入電腦并且為運營商提供快速參考正如所經歷的加工參數(shù)的問題。
這些特點使ANNs在模擬加工流程中可能變得有用。一種雙重隱層建立的加工知識庫和兩層前饋神經網(wǎng)絡如圖8。用戶輸入加工條件，然后,輸入的信息編碼成一種ANNs能識別的形式。網(wǎng)絡的功能是從輸入向量到輸出向量。在加工數(shù)據(jù)庫中輸出模塊使用ANNs的輸出來識別一個合適的結果。
7
收藏