基于复杂系统理论的高速数控加工装备动静态特性监控技术研究

【摘要】：随着企业信息化程度和高速加工技术的不断发展,客户需求也日益个性化、多样化、精密化,高速数控制造装备不仅配置有实现加工任务所需的刀具,而且须配备检测设备和监控设备,导致制造系统的信息环境变得越来越复杂,产品的制造过程也与常规的切削加工过程不同,是集装夹过程、加工过程、检测过程、监控过程等多流程为一体,具有多变性、复杂性、动态性和不确定性等特点。高速数控制造装备和集成制造过程动静态特性监控具有复杂系统的动态、复杂、多变、不确定性以及协同工作等特点,属于复杂性问题,所以需要用复杂系统的理论和分析方法对其进行研究,具有重要理论意义和研究价值。 本文基于复杂系统理论对高速数控加工装备动静态特性监控方法及应用技术展开研究,取得了如下创新性研究成果与结论: 1、针对产品制造过程复杂、动态、多变、不确定等特点,借鉴诸多学者在制造系统组织结构复杂性、产品工艺规划复杂性、产品设计过程复杂性方面的研究思想和研究成果,提出了制造过程复杂性的概念,目的是找出一种能减少制造过程复杂性的系统科学方法,保证复杂制造装备优质高效地完成加工任务,具有一定的科学意义。 2、在对复杂系统理论基本方法研究的基础上,针对目前制造过程组态监控存在的监控对象固定不变、监控参数不能根据需要任意调整等局限性,再结合元胞自动机模型解决复杂性问题的优势,提出了元胞组态协同的监控方法。由于其具有复杂系统理论基本方法的动态、演化、协同特点,所以是基于复杂系统理论的研究方法,可解决高速数控制造装备和集成制造过程动静态特性监控问题。 3、给出了规范化的元胞设计方法,即每个元胞设计为一个四元组,表示为C=(元胞态空间,元胞状态集合,影响元胞状态变化的因素集合,作业规则),并研究了元胞内部的组态原理和元胞之间的协同机制,为元胞组态协同监控方法的实现提供理论基础。 4、在理论方法和关键技术研究基础上,将元胞组态协同监控方法应用于高速数控制造装备和集成制造过程动静态特性监控中,用有限元分析方法对高速数控车削加工工艺系统动静态特性进行分析,明确了动静态特性指标,找出工艺系统的薄弱环节,为确定监测对象提供依据。应用元胞组态协同方法将高速集成制造复杂过程多对象、多空间、多领域监控转换为基于“工序节点处质量控制元胞”一维监控,把高维问题转换为一维问题,大大的降低了制造过程监控的复杂性。且基于组态软件及VC平台,研发了基于元胞组态协同方法的高速数控制造装备和集成制造过程动静态特性监控系统,实现了高速数控制造装备动静态性能指标的监控和高速车削加工质量的监控,为高速车削加工全过程质量动态监控的实现提供依据,便于对产品制造质量特性波动追本溯源,进而挖掘产品质量波动的分布规律和制造过程中的误差传播问题,为动态误差补偿提供依据。