切削用量选择与优化专家系统的研究与设计

摘要

随着科学技术的发展,一些先进的制造技术正逐渐的应用于制造系统中,但切削加工在整个机械加工总量中仍占据重要地位。而切削用量的选择是切削加工中一项重要且复杂的工作,它选择的好坏直接影响着加工成本、加工效率、机床使用率和产品的质量。切削用量的选择受到加工条件、工件材料、生产时间和生产成本等条件的约束,传统的选择方法,由于所选数值过于保守,给企业造成了加工资源的浪费。因此,如何选择最优的切削用量成为机械加工中的难题。
　　本文的研究以VB6.0和SQL Sever2000为基础,融合了粒子群算法、专家系统、MATLAB计算软件、数据库等先进的计算机技术,设计了切削用量选择与优化专家系统,为切削用量的合理选择提供了一个快捷高效的平台。系统的主要特点是:通过人机互动模式,根据用户输入的加工信息(机床、工件材料及加工要求等),结合系统知识库中存储的专家经验知识和本领域的基本知识,给用户提供合理的切削用量,经过用户的查看修改,用户可设置加工目标(最大生产效率、最低生产成本、综合多目标),实现对所推荐结果的优化,输出较为适用的切削用量。主要完成了以下工作:1)在介绍了一些最优化理论的基础上,根据实际的加工条件和目标,建立了切削用量优化数学模型。2)在列举了一些优化算法,并对其中最为常用的遗传算法和粒子群算法进行了比较,通过衡量各自的优缺点最终选定粒子群算法,编写优化程序,在MATLAB软件上实现切削用量的优化。通过实例,所得优化结果与传统结果进行比较,验证了数学模型合理性,选择的优化算法适于此数学模型。3)介绍了专家系统的基本理论,以手册知识、已有的切削实例及专家经验为支撑,建立了系统的知识库。在分析了各种推理方法的基础上,建立了系统的推理机。4)在上述理论的基础上,设计了切削用量选择与优化专家系统。以用户输入信息为基础,调用知识库中的知识推理得到切削用量,在用户接受的情况下,对所得结果进行多目标优化,为切削加工提供了最优的切削用量,从而实现提高经济效益和加工效率的目的。5)目前,大部分的专家系统只是给出了结果,没有对结果进行分析比较,使得用户对结果有一定的怀疑。本文在专家系统中加入了评价模块,对所得结果进行评价,并显示给用户,使用户对结果有直观的认识,易于接受。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 研究现状

1.2.1 切削用量选择的研究现状

1.2.2 粒子群算法

1.2.3 专家系统

1.2.4 专家系统在机械制造中的应用

1.3 本论文研究的主要内容

第二章 切削用量多目标优化模型

2.1 最优化基本要素

2.2 优化变量

2.3 目标函数

2.4 约束条件

2.5 本章小结

第三章 模型求解:粒子群算法

3.1 求解方法

3.1.1 遗传算法

3.1.2 粒子群算法

3.2 粒子群算法基本原理

3.3 约束条件处理

3.4 求解工具MATLAB

3.5 实验例证与分析

3.5.1 加工条件

3.5.2 优化结果

3.5.3 结果分析

3.6 本章小结

第四章 切削用量知识库及推理机制的设计

4.1 专家系统概述

4.1.1 专家系统的特点

4.1.2 专家系统的作用和意义

4.1.3 专家系统的分类

4.1.4 专家系统的基本结构

4.2 专家系统的知识表示

4.2.1 知识的基本理论

4.2.2 知识表示

4.3 专家系统知识库的表示方法设计

4.3.1 系统知识的来源

4.3.2 知识库中面向对象知识表示

4.3.3 基于规则的知识表示及实现

4.3.4 专家系统知识库的结构

4.4 推理概述

4.4.1 推理方法

4.4.2 推理方向

4.4.3 冲突消解策略

4.4.4 系统推理机的结构及实现

4.5 刀具推理模块设计

4.5.1 刀具推理模块功能及结构分析

4.5.2 刀具推理模块推理流程

4.6 切削液推理模块设计

4.7 切削用量推理模块设计

4.7.1 切削用量推理模块的功能及结构设计

4.7.2 切削用量推理模块推理流程

4.8 系统整体推理流程

4.9 专家系统的解释机制

4.10 本章小结

第五章 系统结构设计及实现

5.1 系统的总体设计

5.1.1 专家系统的功能需求

5.1.2 专家系统的结构设计

5.1.3 评价模块的建立

5.1.4 数据库模块的建立

5.2 系统运行实例

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文