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)?；笾圃爝^程越來越智能化。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)中具備競爭力，而且也推進(jìn)了工業(yè)4.0的發(fā)展。本研究通過提出混合兩階段優(yōu)化算法驗(yàn)證旅行商問題和禁忌搜索。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)對點(diǎn)操作控制（PTP）

為了提高決策能力和加強(qiáng)知識管理的工藝過程模型，通過與機(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（簡稱CAPP）和多軸計(jì)算機(jī)數(shù)控加工（簡稱CNC）的相互依賴地關(guān)系。二十多年來，生成的CAPP嵌入數(shù)控加工技術(shù)中包括車削、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，如切削刀具通過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，稱之為的基于代理的制造企業(yè)經(jīng)歷了三個(gè)級別的可重構(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/數(shù)據(jù)到信息轉(zhuǎn)變。同時(shí)，工業(yè)4.0的特征組件、語義框架和網(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。相對于數(shù)控運(yùn)動輪廓操作，已開發(fā)的CAPP專注于基于PTP的現(xiàn)實(shí)和實(shí)際過程。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)動控制。目的研究是為了解決問題的重構(gòu)實(shí)際CNC中CAPP案例的等級。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的推動力驅(qū)動的CNC中CAPP。

2 性能評估與分析

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)多型面工件是用來證明研究模型的有效性。通過頂視圖，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。

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?；旌辖伤阉鞑僮鞒隽说毒呗窂胶蜁r(shí)間測序復(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。它進(jìn)一步說明了當(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。通過應(yīng)用混合兩階段優(yōu)化算法，即旅行商問題（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)營績效方面行業(yè)專家的意見保持一致。啟用了關(guān)鍵物理加工設(shè)備的端到端數(shù)字化通過一系列點(diǎn)到點(diǎn)的操作來實(shí)現(xiàn)CNC實(shí)踐的智能集成。結(jié)果證明通過開發(fā)嵌入CAPP實(shí)用的CNC智能內(nèi)核來實(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)充以減少過程成本。在追尋工業(yè)4.0的過程中，兩種實(shí)現(xiàn)前景和平臺至關(guān)重要。過程規(guī)劃范例要求轉(zhuǎn)換被動知識數(shù)據(jù)庫為智能CAPP“信息庫”。虛擬制造中開發(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)的決策場景。為工業(yè)4.0創(chuàng)新，建議的CNC CAPP模型可以通過差異評估獲得其他智能功能CNC編程中的場景。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)的過程。通過識別的相互連接的價(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。

參考文獻(xiàn)：

[1]安富利.工業(yè)4.0時(shí)代：如何變革制造業(yè)[J].軟件和集成電路，2019（11）：12-13.

[2]任思成，徐德，王芳.可重構(gòu)制造系統(tǒng)研究與發(fā)展[J].制造業(yè)自動化，2005.27（03）：1-8.

[3]于瑩瑩，陳燕，李桃迎.改進(jìn)的遺傳算法求解旅行商問題[J].控制與決策，2014.29（8）：1483-1488.

作者簡介：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)。