可重构线锯切割系统与切割过程动态优化研究

摘要

可重构制造系统(ReconfigurableManufacturingSystem)能够根据产品不断变更和市场需求不断变换的客观环境调整系统结构应对生产制造面临的诸多挑战，因此成为目前国内外学者的研究热点。可重构机床（Reconfigurablemachinetool）作为可重构制系统的主要组成部分及实现可重构的基本设备，是目前可重构制造系统研究领域中重要的研究课题。作为对RMT研究内容的扩充与发展以及对具体可重构机床形成系统化的设计与重构过程的实践应用，本文结合可重构机床理论，进行可重构线锯切割系统与切割过程动态优化研究。
　　在对线锯切割机床分析的基础上，将该类设备划分为线锯系统、工件系统和控制系统，在每个系统中包含着不同的构成模块，能根据不同的工艺要求，快速进行系统的重新构建。并实际通过线锯切割机床功能模块重组和机床八种不同加工平台重构的实现，获得机床系统功能模块的调整和重新配置实现对SiC零件族的柔性加工。
　　通过统一建模语言UML建立了系统用例模型，基于用例驱动进行了数据库的设计，以ASP.NET为编程语言，SQLServer2005为数据库管理平台，VisualStudio.NET2010为系统开发工具，进行了原型系统的开发与实现。系统能够调整机床配置改变机床加工功能，满足可重构线锯切割机床管理信息查询系统功能和需求的整体分析。
　　对线锯切割机床控制系统的可重构实现、软硬件结构的设计、可诊断性分析与设计及构造过程等进行了研究，并对自适应控制系统的组件和重构方法进行了分析，实现了可重构线锯切割机床控制部分的分析与设计。
　　结合可重构机床控制系统软件优化配置中参数化优化方法的调整机理，在分析线锯切割可重构机床切割原理和SiC单晶切割过程中各种影响因素的基础上，采用约束最优控制建立切割过程的动态数学模型。应用动态规划方法将连续的动态模型进行离散化，实现对工件进给速度的动态优化，使机床控制系统在约束条件下线锯切割机床加工效率得到有效提升。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 可重构制造系统及研究现状

1．1．1 可重构制造系统发展

1．1．2 可重构制造系统的特征及关键技术

1．1．3 可重构制造系统研究现状

1．2 可重构机床及研究现状

1．2．1 可重构机床国外研究现状

1．2．2 可重构机床国内研究现状

1．3 论文研究内容及结构安排

1．3．1 论文主要研究内容

1．3．2 论文内容

2 可重构线锯切割系统设计与开发

2．1 线锯切割可重构机床分析

2．1．1 线锯切割可重构机床筒介

2．1．2 线锯切割机床机械系统重构过程分析

2．2 线锯切割可重构机床查询系统分析

2．2．1 线锯切割机床查询系统需求分析

2．2．2 线锯切割机床查询系统功能与模块划分

2．3 基于UML的线锯切割机床查询系统建模

2．3．1 面向对象的建模方法

2．3．2 UML的建模及其构成

2．3．3 线锯切割机床查询系统用例建模

2．4 线锯切割机床查询系统数据库设计

2．4．1 数据库模型设计方法的比较

2．4．2 线锯切割机床查询系统数据库建模与设计

2．4．3 线锯切割机床查询系统数据库需求分析

2．4．4 数据库表在SQL Server2005中的实现

2．5 线锯切割机床查询系统实现

2．6 本章小结

3 可重构线锯切割机床控制系统研究

3．1 线锯切割机床控制系统分析与设计

3．1．1 线锯切割机床控制系统可重构实现分析

3．1．2 线锯切割机床接口的分析与设计

3．1．3 线锯切割机床控制系统结构设计

3．1．4 线锯切割机床可诊断性设计

3．1．5 基于现场总线系统线锯切割机床控制系统设计

3．2 线锯切剖机床控制系统构造过程分析

3．2．1 线锯切割机床控制系统软件调整机理

3．2．2 线锯切割机床可重构控制系统的配置步骤

3．3 可重构线锯加工系统自适应控制系统

3．3．1 线锯切割机床自适应控制系统的组件分析

3．3．2 线锯切割机床自适应控制系统的扩展分析

3．3．3 线锯切割机床自适应控制系统的重构方法分析

3．4 本章小结

4 基于动态规划的SiC切割过程动态优化

4．1 基于动态规划的ACC建模

4．2 线锯切割机床切割过程描述

4．3 基于SiC切割过程的动态规划数学模型

4．4 动态规划模型求解

4．4．1 状态变量网格的构造

4．4．2 迭代动态规划算法流程

4．5 动态规划算法若干参数分析与选取

4．5．1 过程分段数的影响

4．5．2 状态变量离散点数和控制变量离散点数

4．5．3 控制变量初始值及初始可行域

4．5．4 收缩因子和迭代次数

4．6 动态规划算法结果分析

4．7 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参与项目