基于信息物理系统的数控铣床能耗建模及切削参数优化
发布时间：2021-01-16 22:54
制造业是经济发展的主体,作为制造业的工业母机,数控机床的功率需求不断增大,造成的资源枯竭、全球变暖等环境问题也逐渐加重,提高数控机床能量效率问题是国内外关注的重点。随着互联网技术的发展,车间设备的加工信息可以更加全面迅速的反映出来,促进制造业与互联网的融合是未来加工车间发展的趋势。本文针对互联网技术和数控铣床加工,开展基于信息物理系统的数控机床能耗建模及切削参数优化研究,实现自组织、自适应优化数控机床加工能效,主要研究内容包括:首先,构建面向数控设备的信息物理系统,采用MTConnect标准协议规范数据采集,以兼容系统底层数据的异构型和多样性。从实际出发完成信息物理系统架构中物理实体与信息空间的数据映射,得到系统设备状态信息和加工信息。其次,分析数控机床能耗特性,将数控加工能耗划分为三个阶段。并提出引力搜索算法改进布谷鸟算法（Gravity-search based Cuckoo Search Algorithm,GCSA）,综合利用平滑滤波法、多元线性回归以及GCSA优化核极限学习机方法建立数控机床能耗模型。通过实验论证,得到数控铣床输入功率函数模型,并与文献模型对比,验证了提出模型...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MTConnect“2A”模式结构图
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文统基本信息、控制器信息、加工类信息以及传感器信息。以此建立数控设备的信息数据模型，对应生成代理的 XML 文件，此配置文件将作为该设备在 CPS 体系中的“数据名片”，通过此名片实现物理实体与信息系统的数据映射。通过 XML 报文规范传输的数据成为 MTConnect 信息流，这些信息流根据时间变化定期更新数据，其中包括检查机器设备的结构信息、一般属性信息以及特定状态信息。根据 MTConnect 标准规定，客户端查询数据类型主要分为四类：probe，查询设备组件构成信息及相关数据定义等基础信息；current，查询指定设备的当前数据信息；sample，可以获得指定一段时间内指定设备数据信息；asset，查询设备可用资产（比如刀具、夹具）信息。针对不同的请求，代理也会返回 MTConnect Devices、MTConnect Streams、MTConnect Asset 和 MTConnect Error 等相应信息[63]。
图 2-6 监控设备指定数据流映射 XML 文档2.4 本章小结本章主要介绍了面向数控设备的 CPS 整体架构设计，从设备层、数据转换层、网络层、认知层和应用层分别介绍 CPS 的功能。并针对 CPS 系统底层数据的异构型和多样性，采用基于 MTConnect 标准协议指定数据采集的规范。着重介绍了 MTConnect 架构中实现异构统一的“2A”模式，并系统介绍了基于 MTConnect 协议实现数据采集、数据存储以及数据查询等功能模块。最后从实际出发分析数控设备的信息源，从而实现 CPS架构中物理实体与信息系统的数据融合，为接下来的数据处理和决策反馈奠定数据基础
【参考文献】：
期刊论文
[1]“互联网+”背景下数控系统发展的新趋势[J]. 黄云鹰,朱志浩,樊留群. 制造技术与机床. 2016(10)
[2]面向能效的多工步数控铣削工艺参数多目标优化模型[J]. 陈行政,李聪波,李丽,肖溱鸽. 计算机集成制造系统. 2016(02)
[3]可视化驱动的交互式数据挖掘方法综述[J]. 马昱欣,曹震东,陈为. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(01)
[4]数控车床切削参数的能量效率优化[J]. 周志恒,张超勇,谢阳,黄拯滔,邵新宇. 计算机集成制造系统. 2015(09)
[5]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[6]数控机床通用能耗模型及其应用[J]. 胡韶华. 组合机床与自动化加工技术. 2013(10)
[7]面向高效低碳的数控加工参数多目标优化模型[J]. 李聪波,崔龙国,刘飞,李丽. 机械工程学报. 2013(09)
[8]机床服役过程机电主传动系统的时段能量模型[J]. 刘飞,刘霜. 机械工程学报. 2012(21)
[9]信息物理系统的发展趋势分析[J]. 罗俊海,肖志辉,仲昌平. 电信科学. 2012(02)
[10]基于BP神经网络数控机床切削能耗的研究[J]. 谢东,陈国荣,施金良,许弟建,王锋. 机床与液压. 2012(01)
博士论文
[1]机械切削加工系统低碳运行优化关键技术研究及其应用[D]. 林文文.华中科技大学 2016
[2]机械加工制造过程能耗优化方法研究[D]. 张中伟.浙江大学 2016
[3]面向低碳制造的数控机床能量供给建模研究[D]. 吕景祥.浙江大学 2014
硕士论文
[1]数控机床能耗建模与切削参数节能优化研究[D]. 徐敬通.大连理工大学 2016
[2]基于支持向量机的数控机床能耗预测及节能方法研究[D]. 陈薇薇.武汉科技大学 2015
[3]面向能效的数控铣削加工工艺参数优化模型及方法研究[D]. 李鹏宇.重庆大学 2014
本文编号：2981689
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MTConnect“2A”模式结构图
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文统基本信息、控制器信息、加工类信息以及传感器信息。以此建立数控设备的信息数据模型，对应生成代理的 XML 文件，此配置文件将作为该设备在 CPS 体系中的“数据名片”，通过此名片实现物理实体与信息系统的数据映射。通过 XML 报文规范传输的数据成为 MTConnect 信息流，这些信息流根据时间变化定期更新数据，其中包括检查机器设备的结构信息、一般属性信息以及特定状态信息。根据 MTConnect 标准规定，客户端查询数据类型主要分为四类：probe，查询设备组件构成信息及相关数据定义等基础信息；current，查询指定设备的当前数据信息；sample，可以获得指定一段时间内指定设备数据信息；asset，查询设备可用资产（比如刀具、夹具）信息。针对不同的请求，代理也会返回 MTConnect Devices、MTConnect Streams、MTConnect Asset 和 MTConnect Error 等相应信息[63]。
图 2-6 监控设备指定数据流映射 XML 文档2.4 本章小结本章主要介绍了面向数控设备的 CPS 整体架构设计，从设备层、数据转换层、网络层、认知层和应用层分别介绍 CPS 的功能。并针对 CPS 系统底层数据的异构型和多样性，采用基于 MTConnect 标准协议指定数据采集的规范。着重介绍了 MTConnect 架构中实现异构统一的“2A”模式，并系统介绍了基于 MTConnect 协议实现数据采集、数据存储以及数据查询等功能模块。最后从实际出发分析数控设备的信息源，从而实现 CPS架构中物理实体与信息系统的数据融合，为接下来的数据处理和决策反馈奠定数据基础
【参考文献】：
期刊论文
[1]“互联网+”背景下数控系统发展的新趋势[J]. 黄云鹰,朱志浩,樊留群. 制造技术与机床. 2016(10)
[2]面向能效的多工步数控铣削工艺参数多目标优化模型[J]. 陈行政,李聪波,李丽,肖溱鸽. 计算机集成制造系统. 2016(02)
[3]可视化驱动的交互式数据挖掘方法综述[J]. 马昱欣,曹震东,陈为. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(01)
[4]数控车床切削参数的能量效率优化[J]. 周志恒,张超勇,谢阳,黄拯滔,邵新宇. 计算机集成制造系统. 2015(09)
[5]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[6]数控机床通用能耗模型及其应用[J]. 胡韶华. 组合机床与自动化加工技术. 2013(10)
[7]面向高效低碳的数控加工参数多目标优化模型[J]. 李聪波,崔龙国,刘飞,李丽. 机械工程学报. 2013(09)
[8]机床服役过程机电主传动系统的时段能量模型[J]. 刘飞,刘霜. 机械工程学报. 2012(21)
[9]信息物理系统的发展趋势分析[J]. 罗俊海,肖志辉,仲昌平. 电信科学. 2012(02)
[10]基于BP神经网络数控机床切削能耗的研究[J]. 谢东,陈国荣,施金良,许弟建,王锋. 机床与液压. 2012(01)
博士论文
[1]机械切削加工系统低碳运行优化关键技术研究及其应用[D]. 林文文.华中科技大学 2016
[2]机械加工制造过程能耗优化方法研究[D]. 张中伟.浙江大学 2016
[3]面向低碳制造的数控机床能量供给建模研究[D]. 吕景祥.浙江大学 2014
硕士论文
[1]数控机床能耗建模与切削参数节能优化研究[D]. 徐敬通.大连理工大学 2016
[2]基于支持向量机的数控机床能耗预测及节能方法研究[D]. 陈薇薇.武汉科技大学 2015
[3]面向能效的数控铣削加工工艺参数优化模型及方法研究[D]. 李鹏宇.重庆大学 2014
本文编号：2981689
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