数控加工刀具全生命周期智能化管理系统的研发与应用

摘要

刀具是数控加工中较为昂贵的消耗性资源,对加工中心和数控机床的柔性、生产率以及产品制造的精密性和正确性起着举足轻重的作用。刀具数量巨大,组件复杂,参数繁多,难于对其信息进行实时的跟踪和管理。寻求一种经济、高效和可靠的刀具管理方式是目前很多制造企业急需解决的问题。目前,国内企业及研究机构自行研发出的一些刀具管理系统大多只能实现刀具的类别管理、参数信息管理和最基本的库存管理,对刀具生命周期内的其他重要信息,如刀具需求计划、实时状态、修磨报废情况、工艺信息等缺乏有效的管理,对刀具选配、刀具寿命预测等功能以及刀具系统与DNC(Distributed Numeric Control,分布式数字控制)系统的集成也缺乏足够的支持。本文针对以上问题,研制出了一套数控加工刀具全生命周期智能化管理系统。该系统能够对刀具从需求到报废的整个生命周期的信息进行实时有效的管理。在分析了目前刀具管理的模式及所存在的问题的基础上,本文首先采用UML(Unified Modeling Language,统一建模语言)对系统进行了需求分析和功能建模;采用Power Designer对刀具数据库进行了设计;提出了一种柔性的刀具编码方案,用于对刀具进行统一的分类和管理。然后,本文对系统设计和开发中的相关知识及技术进行了研究,给出了系统主要功能模块的设计方案,将插值预测算法、专家系统、神经网络、粒子群优化算法等人工智能技术运用到刀具需求计划、刀具智能选配和刀具寿命预测中。系统基于B/S(Browser/Server,浏览器/服务器)模式,采用JAVA技术进行开发。本文最后给出了系统的运行实例,对研究工作和所取得的成果进行了总结,并对下一步的研究提出了建议和设想。目前,该系统已经在重庆望江工业有限公司投入使用,取得了良好的效果。同时,系统正在向其他制造企业进行推广。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 刀具管理技术的内涵及发展

1.2 国内外研究现状及现存问题

1.3 课题研究背景、意义与内容

1.3.1 课题研究背景

1.3.2 课题研究意义

1.3.3 课题研究内容

1.4 本章小结

2 数控加工刀具管理系统体系结构及数据库设计

2.1 系统硬件组成模型设计

2.1.1 DNC 车间运行模式及硬件组成模型

2.1.2 刀具管理系统总体硬件组成模型

2.2 系统功能模型及运行模式设计

2.3 数据库设计

2.3.1 刀具多参数存储模式

2.3.2 系统数据库设计

2.4 本章小结

3 数控加工刀具全生命周期智能化管理系统关键技术研究

3.1 刀具编码与识别技术

3.1.1 刀具编码原则

3.1.2 刀具编码方案

3.1.3 代码回收和升级

3.1.4 计算机辅助编码

3.1.5 刀具识别技术

3.2 刀具寿命预测模型

3.2.1 PSO 算法

3.2.2 刀具寿命预测神经网络

3.2.3 PSO 算法训练过程

3.2.4 算法参数设置及结果分析

3.3 刀具需求计划系统推荐模型

3.3.1 系统推荐模型总体流程

3.3.2 工艺信息及生产计划推荐算法--PS 算法

3.3.3 插值预测推荐算法--IVF 算法

3.4 刀具智能选配模型

3.4.1 数控刀具的模块化

3.4.2 选配事实库

3.4.3 选配规则库

3.4.4 推理机设计

3.4.5 选配方案评价

3.5 数控刀具几何参数自动录入

3.5.1 方法简介及总体流程

3.5.2 方法具体实现步骤

3.5.3 实施实例

3.6 本章小结

4 数控加工刀具全生命周期智能化管理系统的开发

4.1 系统开发技术

4.1.1 系统体系结构

4.1.2 相关技术简介

4.2 系统功能模块设计

4.2.1 系统管理

4.3.2 库存管理

4.3.3 借用账目

4.3.4 工装准备

4.3.5 请购请造

4.3.6 个人工具

4.3 系统运行实例

4.4 本章小结

5 结论与展望

致谢

参考文献

附录