多軸數(shù)控加工的智能輔助工藝規(guī)劃

摘 要：快速發(fā)展的制造業(yè)要求數(shù)控加工日趨復(fù)雜，生產(chǎn)規(guī)模化要求制造過(guò)程越來(lái)越智能化。智能控制不僅在一個(gè)可持續(xù)的制造業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中具備競(jìng)爭(zhēng)力，而且也推進(jìn)了工業(yè)4.0的發(fā)展。本研究通過(guò)提出混合兩階段優(yōu)化算法驗(yàn)證旅行商問(wèn)題和禁忌搜索。在五軸數(shù)控加工機(jī)上智能計(jì)算輔助工藝規(guī)劃的兩項(xiàng)指標(biāo)得到了驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的準(zhǔn)備，討論在追求更高智能制造平臺(tái)方面的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）;多軸數(shù)控加工（CNC）;工業(yè)4.0;點(diǎn)對(duì)點(diǎn)操作控制（PTP）

為了提高決策能力和加強(qiáng)知識(shí)管理的工藝過(guò)程模型，通過(guò)與機(jī)械加工相關(guān)的參數(shù)和變量進(jìn)行研究計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（簡(jiǎn)稱CAPP）和多軸計(jì)算機(jī)數(shù)控加工（簡(jiǎn)稱CNC）的相互依賴地關(guān)系。二十多年來(lái)，生成的CAPP嵌入數(shù)控加工技術(shù)中包括車(chē)削、切割和磨料加工、棱柱特征加工和機(jī)床選擇等得到了廣泛的應(yīng)用。CAPP是一項(xiàng)整體策略，用于適應(yīng)廣泛實(shí)施的多軸數(shù)控加工流程，同時(shí)采用一些與生成相關(guān)的算法，數(shù)控加工的代碼可在搜索推理引擎及其界面之間轉(zhuǎn)移。Khan等人使用稱之為模擬退火算法模擬非生產(chǎn)性運(yùn)動(dòng)，如切削刀具通過(guò)搜索形成某些幾何形狀的多個(gè)端點(diǎn)進(jìn)入和退出。針對(duì)工件排序特征的工藝操作提出一種最優(yōu)搜索算法。結(jié)合輔助設(shè)計(jì)CAD，CAPP和CNC交叉影響的因素。然而，這些僅適用于模擬環(huán)境，在這種環(huán)境中名義或理論數(shù)據(jù)主導(dǎo)軟件計(jì)算。因此，全面的計(jì)算機(jī)輔助加工環(huán)境識(shí)別并集成CAPP適用于“工業(yè)4.0”[1]的多個(gè)方面。

1 特定組件的方法論

同種行業(yè)中盡可能多地利用多元文化影響力參與工業(yè)4.0體系結(jié)構(gòu)中，利用拓展的CAPP理論探討強(qiáng)調(diào)如何振興傳統(tǒng)CAM系統(tǒng)。根據(jù)最近的調(diào)查跟蹤2003年至2014年十年間的工業(yè)4.0準(zhǔn)備的發(fā)展趨勢(shì)，稱之為的基于代理的制造企業(yè)經(jīng)歷了三個(gè)級(jí)別的可重構(gòu)制造系統(tǒng)[2]。CAPP的主要挑戰(zhàn)涉及轉(zhuǎn)化追求智能工廠時(shí)，從技能/經(jīng)驗(yàn)或者從信號(hào)/數(shù)據(jù)到信息轉(zhuǎn)變。同時(shí)，工業(yè)4.0的特征組件、語(yǔ)義框架和網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)得以擴(kuò)展源自的建模和決策技術(shù)集成的常規(guī)最優(yōu)搜索算法合成。關(guān)鍵來(lái)源包括：

（1）被認(rèn)為是組合優(yōu)化算法的模擬退火算法方案，專注于區(qū)分稱之為臨界空間從當(dāng)前配置處理到有效擾動(dòng)的空間;

（2）根植于遺傳算法方案進(jìn)化和自然遺傳學(xué)的機(jī)制已經(jīng)發(fā)展到微電子基板領(lǐng)域鉆孔工具路徑優(yōu)化[3]。

前述優(yōu)化原則有助于這項(xiàng)研究中提出的算法。相對(duì)于數(shù)控運(yùn)動(dòng)輪廓操作，已開(kāi)發(fā)的CAPP專注于基于PTP的現(xiàn)實(shí)和實(shí)際過(guò)程。規(guī)劃的目的是優(yōu)化一種智能的聚類方式切換和遍歷的順序和頻率。結(jié)果可適用于工業(yè)4.0加工工具及其連續(xù)的多軸運(yùn)動(dòng)控制。目的研究是為了解決問(wèn)題的重構(gòu)實(shí)際CNC中CAPP案例的等級(jí)。相關(guān)行業(yè)4.0屬性，例如協(xié)作診斷和決策方案取決于采用數(shù)字化加工工藝參數(shù)。通過(guò)自下而上企業(yè)利益相關(guān)者之間信息和通信的智能集成，該方法可以成為工業(yè)4.0的推動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的CNC中CAPP。

2 性能評(píng)估與分析

五軸數(shù)控加工是配備了推薦算法和比較算法，該算法嵌入在已開(kāi)發(fā)的固件接口子系統(tǒng)中以進(jìn)行交互與機(jī)器控制。有十二種工具參與在XYZ+BC軸向軟件生成路徑和順序后的在五個(gè)連續(xù)曲面加工。

在項(xiàng)目中一個(gè)多型面工件是用來(lái)證明研究模型的有效性。通過(guò)頂視圖，左視圖，右視圖，等視圖執(zhí)行順序智能推理，接口單元分別將數(shù)字化的參數(shù)映射為工作順序以進(jìn)行組合優(yōu)化，隨后生成數(shù)控代碼。最后，子系統(tǒng)調(diào)用操作單元進(jìn)行驗(yàn)證整個(gè)過(guò)程，執(zhí)行驗(yàn)證決策前下載和加工實(shí)際上是在進(jìn)行的。代表典型實(shí)驗(yàn)組的初始解決方案與禁忌搜索后優(yōu)化之間的比較。單個(gè)操作禁忌搜索具有生成刀具路徑的優(yōu)勢(shì)。

成本函數(shù)將刀具路徑距離轉(zhuǎn)換為附加值路徑，并將加工時(shí)間轉(zhuǎn)化為增值時(shí)間。混合禁忌搜索操作超出了刀具路徑和時(shí)間測(cè)序復(fù)雜度標(biāo)準(zhǔn)操作程序，與通常在操作菜單中記錄的標(biāo)準(zhǔn)操作程序相比，擬議的智能CAPP展示了決策優(yōu)勢(shì)。它進(jìn)一步說(shuō)明了當(dāng)增加加工復(fù)雜性時(shí)如何搭建內(nèi)置智能功能與域協(xié)作專家程序。

在五軸CNC設(shè)備上如何構(gòu)建智能CAPP。通過(guò)應(yīng)用混合兩階段優(yōu)化算法，即旅行商問(wèn)題（TSP）和新穎的禁忌搜索（TS）方法，我們?yōu)榍度隒APP多軸數(shù)控加工自動(dòng)生成的代碼成功地加工了工件。同時(shí)，突出工業(yè)4.0性能指標(biāo)驗(yàn)證可制造性和效率與在運(yùn)營(yíng)績(jī)效方面行業(yè)專家的意見(jiàn)保持一致。啟用了關(guān)鍵物理加工設(shè)備的端到端數(shù)字化通過(guò)一系列點(diǎn)到點(diǎn)的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)CNC實(shí)踐的智能集成。結(jié)果證明通過(guò)開(kāi)發(fā)嵌入CAPP實(shí)用的CNC智能內(nèi)核來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0準(zhǔn)備。

3 結(jié)論

工業(yè)4.0推進(jìn)了傳統(tǒng)制造工藝進(jìn)入智能互聯(lián)又相互補(bǔ)充以減少過(guò)程成本。在追尋工業(yè)4.0的過(guò)程中，兩種實(shí)現(xiàn)前景和平臺(tái)至關(guān)重要。過(guò)程規(guī)劃范例要求轉(zhuǎn)換被動(dòng)知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為智能CAPP“信息庫(kù)”。虛擬制造中開(kāi)發(fā)具有可轉(zhuǎn)移性的算法增強(qiáng)和優(yōu)化的現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)能響應(yīng)的決策場(chǎng)景。為工業(yè)4.0創(chuàng)新，建議的CNC CAPP模型可以通過(guò)差異評(píng)估獲得其他智能功能CNC編程中的場(chǎng)景。自適應(yīng)變體生成的統(tǒng)一應(yīng)用程序編程接口（API）優(yōu)化可以防止小數(shù)據(jù)集受損找到最佳效果的有效性。基于垂直整合的加工方面，振興橫向一體化是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程。通過(guò)識(shí)別的相互連接的價(jià)值鏈參數(shù)和變量重新配置制造價(jià)值網(wǎng)超越了內(nèi)部運(yùn)營(yíng)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：胡業(yè)發(fā)（1971-），男，漢族，江西九江人，本科，助理實(shí)驗(yàn)師，九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，研究方向：數(shù)控加工技術(shù)。