單東偉+張明樹+遲永剛

摘 要：為了實現(xiàn)車削工藝知識的有效重用，提出了一種基于實例推理的車削工藝參數(shù)優(yōu)化決策支持系統(tǒng)設計，確定了一種車削工藝實例構(gòu)建方法，以及車削工藝參數(shù)優(yōu)化決策支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系、功能體系和運行模式。

關(guān)鍵詞：車削工藝；參數(shù)優(yōu)化；系統(tǒng)設計；金屬切削

中圖分類號：TG506.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.11.015

隨著制造加工技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的制造環(huán)境和制造模式也發(fā)生了巨大的改變，智能化、協(xié)同化、網(wǎng)絡化逐步成為制造模式的發(fā)展趨勢。特別是近30年來，美、日、德、韓、西歐和我國先后提出了先進制造系統(tǒng)領(lǐng)域有關(guān)的研究計劃，并將其上升到國家戰(zhàn)略高度。在這些研究計劃的支撐下，相關(guān)單位提出了眾多先進制造系統(tǒng)模式，比如智能制造系統(tǒng)、仿生制造系統(tǒng)、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)模式、敏捷制造系統(tǒng)模式和分形制造系統(tǒng)等。這些先進制造系統(tǒng)模式的提出及其理論與方法的深入研究，對提升我國制造業(yè)水平、增強企業(yè)核心競爭力有重要意義。

車削是金屬切削加工中使用最廣泛的加工方式之一，工藝參數(shù)的合理選擇在很大程度上決定了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，已經(jīng)成為了機械加工中一項非常重要的工作。車削工藝參數(shù)的確定主要包括車刀的選擇和車削運動參數(shù)的擬定2大部分。目前，有關(guān)車削工藝參數(shù)決策方法的研究主要集中于以下2個方面：①經(jīng)驗決策。工藝人員根據(jù)多年加工經(jīng)驗，結(jié)合設計手冊和試驗數(shù)據(jù)、圖表完成工藝參數(shù)決策。根據(jù)加工經(jīng)驗，車削參數(shù)一般從設計手冊中選取適合的切削用量計算，或者根據(jù)加工試驗收集的經(jīng)驗圖表確定適宜的參數(shù)。②建模求解。根據(jù)加工要求等約束信息建立相應的數(shù)學模型，采用遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡等智能工具求解。

這個車削工藝參數(shù)決策方法在很大程度上滿足了車削工藝決策活動的需求，但是，隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)等的不斷發(fā)展，使得已有車削工藝參數(shù)決策活動尚存在一系列不足之處和急需改進的地方，主要有以下3點：①對工藝人員經(jīng)驗積累的要求比較高。在選擇車刀、確定車削用量和車削參數(shù)時，工藝人員主要根據(jù)自身加工經(jīng)驗，從設計手冊中選取相應的參數(shù)。這說明，加工效果在很大程度上取決于工藝人員經(jīng)驗積累的程度。②對新材料、新工藝的適應性比較差。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，而設計手冊和經(jīng)驗圖表多是針對已有或常見材料或工藝的，無法很好地滿足新材料、新工藝的要求。③對工藝人員知識水平的要求比較高。在求解車削工藝參數(shù)數(shù)學模型時，多采用遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡等人工智能方法，而一般工藝決策人員的知識水平尚無法達到，這在很大程度上限制了該方法的應用范圍。

近年來，隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)等迅速發(fā)展，基于專家系統(tǒng)的人工智能方法被廣泛應用于工藝參數(shù)選擇等領(lǐng)域?；趯嵗评淼能囅鞴に噮?shù)優(yōu)化決策方法為解決相關(guān)問題提供了一個較好的思路。其基本思路是利用已有的工藝實例求解適用于待決策工藝問題的工藝參數(shù)，充分利用工藝實例中積累的大量切削數(shù)據(jù)和經(jīng)驗知識。

1 車削工藝實例構(gòu)建

將基于實例推理的車削工藝參數(shù)優(yōu)化決策問題記為Tdec=（W，L）.其中，W={m1，m2，Λ，mq1}，為待決策工藝問題；L={L1，L2，Λ，Lg}，為決策所需工藝實例集。工藝實例Li={{mi，1，mi，2，Λ，mi，q1}，{fi，1，fi，2，Λ，fi，q2}， {pi，1，pi，2，Λ，pi，q3}}，各問題描述變量具體含義如表1所示。

車削工藝實例記錄內(nèi)容在原有內(nèi)容基礎(chǔ)上增加了加工效果評價部分：對加工質(zhì)量的評價主要以加工表面粗糙度進行；對加工時間的評價主要從切削時間和輔助時間2方面進行；對加工成本的評價主要考慮刀具、設備、場地和人工費用等因素。工藝實例加工效果評價框架如圖1所示。

2 結(jié)構(gòu)體系

在構(gòu)建車削工藝實例的基礎(chǔ)上，為了解決傳統(tǒng)人工經(jīng)驗決策模式中存在的問題，需要一套車削工藝參數(shù)優(yōu)化決策支持系統(tǒng)來提升工藝參數(shù)決策的效率和質(zhì)量。鑒于此，筆者提出了一

種車削工藝參數(shù)優(yōu)化決策支持系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)體系由功能應用層、集成工具層、系統(tǒng)支撐層等3層構(gòu)成，具體如圖2所示。

3 功能體系

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需求分析，建立車削工藝參數(shù)優(yōu)化決策支持系統(tǒng)的功能體系。其主要包括系統(tǒng)管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、工藝參數(shù)優(yōu)化決策、車刀數(shù)據(jù)管理、歷史知識管理、車削規(guī)則管理和系統(tǒng)集成接口等7大功能模塊，如圖3所示。系統(tǒng)管理主要實現(xiàn)對系統(tǒng)的基本管理功能，包括用戶管理、權(quán)限管理、角色管理和系統(tǒng)日志管理等?；A(chǔ)數(shù)據(jù)管理對車削工藝參數(shù)優(yōu)化決策所需基本數(shù)據(jù)（車削速度、車削進給量、吃刀深度、機床基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等）進行集中、有效的管理。

4 運行模式

車削工藝參數(shù)優(yōu)化決策支持系統(tǒng)是根據(jù)工藝問題的相似性特征，對具有大量加工經(jīng)驗的情況，采用工藝實例推理方法，在一定程度上模擬或替代工藝專家完成工藝參數(shù)優(yōu)化決策；對新材料、新工藝出現(xiàn)的情況，可采用工藝實例可拓推理方法，也可采用經(jīng)驗計算方法獲得適合的工藝參數(shù)，在一定程度上模擬或替代工藝專家完成工藝參數(shù)優(yōu)化決策?；谙嚓P(guān)研究，建立了車削工藝參數(shù)優(yōu)化決策支持系統(tǒng)運行模式，具體見圖4.

5 結(jié)束語

為了實現(xiàn)車削工藝知識的有效重用，解決車削工藝參數(shù)優(yōu)化決策問題，本文提出了一種基于實例推理的車削工藝參數(shù)優(yōu)化決策支持系統(tǒng)設計，明確了一種車削工藝實例的構(gòu)建方法，確定了車削工藝參數(shù)優(yōu)化決策支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系、功能體系和運行模式，這對車削工藝參數(shù)優(yōu)化決策支持系統(tǒng)開發(fā)具有指導意義。

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〔編輯：白潔〕