基于数据分析的数控加工工艺参数能效优化方法研究

发布时间：2017-08-01 00:06

  本文关键词：基于数据分析的数控加工工艺参数能效优化方法研究

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【摘要】：数控机床是现代制造单元的基础装备,以数控机床为主体的数控加工系统在将毛坯转换为零件的同时也消耗了大量的能量。随着能源和环境问题的日益严峻,以低能耗、低污染的节能制造模式逐步兴起。大量研究表明,实际加工中,工艺参数不仅影响加工质量、成本、效率等指标,还与能量效率问题紧密相关。因此,工艺参数优化作为实现机床加工系统节能的重要手段之一,探索其能效优化方法成为我国机械制造业可持续发展的必然选择。本论文在国家高技术研究发展计划(863计划)课题“机床产品机械加工制造系统能效优化提升技术及应用”(2014AA041506)和国家自然基金面上项目“面向广义能量效率的数控加工工艺规划理论与方法研究”(51475059)的资助下,对数控加工能效优化方法进行了研究,可为我国机械制造企业转型升级,实现能量高效利用提供理论参考,具有重要的研究意义。首先,从直接能耗与间接能耗两个方面进行数控加工系统能耗特性研究,建立面向直接能耗和考虑间接能耗两种形式的比能函数。其次,针对数控加工过程能耗特性复杂的问题,提出一种基于试验数据的数控加工工艺参数能效优化方法。采用田口法安排实验,基于响应面法对各目标进行回归拟合,由此构建以工艺参数为自变量,以实际加工要求为约束条件,以能效和时间为目标的数控加工工艺参数多目标优化模型,并基于粒子群算法对所建立的模型进行求解。再次,以车间历史数据为基础,提出一种数控加工工艺参数自适应节能优化方法。将车间历史数据进行样本预处理,运用模糊聚类算法和多元统计回归探索能效与工艺参数的关联关系,采用模糊关联规则挖掘算法获取能效优化知识,并利用所得到的优化知识建立能效规则库和模糊推理机。最后,通过实际案例对论文所提出的基于数据分析的数控加工工艺参数能效优化方法进行应用分析,验证论文所提方法的可行性与实用性,为降低数控加工过程中的能量损耗,提高数控机床能量利用效率提供理论方法支撑。
【关键词】：数控加工 工艺参数优化 能量效率 田口法 数据分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 论文的选题背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 数控加工系统能效研究现状10-12
• 1.2.2 数控加工工艺参数能效优化研究现状12-14
• 1.2.3 基于数据挖掘的生产制造系统优化研究现状14-15
• 1.3 论文研究意义及项目来源15-16
• 1.3.1 论文研究意义15-16
• 1.3.2 论文项目来源16
• 1.4 论文的主要研究内容16-17
• 1.5 本章小结17-19
• 2 数控加工过程能耗特性分析及能效函数建立19-31
• 2.1 影响工艺参数选取主要因素分析19-22
• 2.1.1 数控加工过程变量分析19-20
• 2.1.2 工艺参数选取受切屑变形影响20
• 2.1.3 工艺参数选取受切削温度影响20-21
• 2.1.4 工艺参数选取受切削力影响21-22
• 2.2 数控加工过程能耗特性分析22-27
• 2.2.1 数控加工过程直接能耗分析22-26
• 2.2.2 数控加工过程间接能耗分析26-27
• 2.3 数控加工过程能效及时间函数建立27-29
• 2.3.1 数控加工过程能量效率函数27-28
• 2.3.2 数控加工过程时间函数28-29
• 2.4 本章小结29-31
• 3 基于试验数据的数控加工工艺参数能效优化方法31-49
• 3.1 基于田口法的优化试验设计与分析32-42
• 3.1.1 数控加工节能优化试验配置及试验条件32-34
• 3.1.2 正交试验设计及结果34-37
• 3.1.3 信噪比分析及极差分析37-42
• 3.2 基于响应面法的数控加工能效回归方程建立42-44
• 3.3 数控加工工艺参数多目标优化模型44-45
• 3.3.1 优化变量44
• 3.3.2 优化目标44
• 3.3.3 约束条件44-45
• 3.4 基于交叉法的多目标粒子群算法模型求解45-47
• 3.5 本章小结47-49
• 4 基于车间历史数据的数控加工工艺参数自适应能效优化方法研究49-83
• 4.1 车间历史数据样本预处理49-52
• 4.1.1 数据清洗49-50
• 4.1.2 数据集成50
• 4.1.3 数据规范化50-51
• 4.1.4 数据聚类51-52
• 4.2 基于多元统计技术的工艺参数与能效影响规律分析52-67
• 4.2.1 基于多元逐步回归的能效数据统计建模流程52-53
• 4.2.2 异常数据处理53-54
• 4.2.3 主轴空载功率拟合模型54-55
• 4.2.4 切削功率与附加载荷损耗拟合模型55-61
• 4.2.5 基于 3D曲面分析的工艺参数与能效影响规律分析61-67
• 4.3 基于模糊关联规则算法的工艺参数能效优化规则获取67-74
• 4.3.1 模糊关联规则描述68-69
• 4.3.2 基于MOPSO算法的能效优化规则提取方法69-71
• 4.3.3 能效优化规则的挖掘及解释71-74
• 4.4 基于车间历史数据的数控加工工艺参数自适应能效优化方法74-81
• 4.4.1 数控加工工艺参数自适应能效优化方法流程74-76
• 4.4.2 基于数据分析的工艺参数能效优化知识库建立76-78
• 4.4.3 数控加工过程数据模糊化与解模糊化78-81
• 4.5 本章小结81-83
• 5 案例应用83-99
• 5.1 基于试验数据的数控加工工艺参数能效优化分析83-92
• 5.1.1 试验条件83-86
• 5.1.2 优化结果及分析86-92
• 5.2 基于车间历史数据的数控加工工艺参数自适应能效优化分析92-97
• 5.2.1 车间加工数据获取92-93
• 5.2.2 优化结果及分析93-97
• 5.3 本章小结97-99
• 6 结论与展望99-101
• 致谢101-103
• 参考文献103-109
• 附录109
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表或录用的论文目录109
• B. 作者在攻读硕士学位期间获得的专利或软件著作权109
• C. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目109
• D. 作者在攻读硕士学位期间所获奖励109

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周志恒;张超勇;谢阳;黄拯滔;邵新宇;;数控车床切削参数的能量效率优化[J];计算机集成制造系统;2015年09期

2 许贤博;邵华;;基于田口算法和灰色关联理论的车削参数多目标优化研究[J];工具技术;2015年08期

3 胡狄;张华;鄢威;李弼心;;面向节能优化的数控铣削参数优化方法研究[J];机械设计与制造;2015年08期

4 张洪潮;孔露露;李涛;陈俊超;;切削比能模型的建立及参数影响分析[J];中国机械工程;2015年08期

5 李新鹏;张超勇;高亮;石杨;;基于元胞粒子群算法的数控切削参数优化[J];计算机工程与应用;2014年02期

6 肖宏伟;;2013年～2020年能源需求预测及对策建议[J];宏观经济管理;2014年01期

7 江小云;;计算机智能技术在切削参数优化中的应用[J];福建工程学院学报;2013年06期

8 李聪波;崔龙国;刘飞;李鹏宇;;基于广义边界的机械加工系统碳排放量化方法[J];计算机集成制造系统;2013年09期

9 段桂江;严懿;王洋;;基于数据挖掘的质量成本分析与控制[J];计算机集成制造系统;2013年07期

10 刘春景;唐敦兵;何华;陈兴强;;基于Kriging插值和遗传算法钛合金车削加工参数优化[J];机械科学与技术;2013年04期

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本文编号：601677