南京航空航天大学博士学位论文基于知识的智能加工理论及其应用基础研究姓名:王宗荣申请学位级别:博士专业:机械制造及其自动化指导教师:王珉;左敦稳 20070301 南京航空航天大学博士学位论文 i 摘要金属切削加工是机械制造中应用最为广泛的加工方式在金属切削加工过程中熟练的机械加工技师能通过对被加工零件的加工表面的观看对机床切削过程中的声音切削中发出的气味以及***磨损状态来判断机床的工作状态采取相应的应变措施从而保证被加工零件的尺寸公差加工表面粗糙度形状位置公差等技术要求满足产品的使用性能随着经济的全球化和机械制造业竞争的加剧企业迫切需要提高产品的质量降低加工制造成本从而需要大量熟练的机械加工技师但现实中熟练的机械加工技师极其缺乏企业迫切要求由计算机来代替或部分代替熟练的机械加工技师以提高加工制造的智能化自动化水平为了解决上述问题本文将人工智能的技术引入金属切削加工领域首次对智能加工的体系结构系统的能观性能控性稳定性进行了系统的研究和探索并用于解决工程实践问题实验仿真或工程实践表明该研究提高了加工制造的自动化程度进一步降低了零件的加工制造成本提高了零件的质量 1通过对人体的智能结构进行分析提出了熟练的机械加工技师的智能结构模型分析了熟练的机械加工技师处理复杂的不确定的不稳定的加工系统中出现的各种故障的途径和方法研究了如何用计算机来模拟熟练的机械加工技师的智能部分地代替人的脑力劳动 2通过对智能加工的概念智能加工系统的组成和技术的总结和归纳提出了基于多级多层黑板模型的智能加工系统结构分层递阶控制系统体系结构的 BP网络模型和广义C nP智能加工集成系统多层状态空间及其递阶控制体系结构等三种智能结构的体系结构并对每一种体系结构进行了定性和定量化描述研究 3将现代控制理论中的状态空间理论引入到智能加工系统中从而对智能加工系统的能观性能控性稳定性等理论问题进行了研究并对智能加工的系统设计进行了研究着重探讨了运行控制级参数校正级任务适应级等设计问题 4将提出的智能加工系统的理论和结构用于基于计算机视觉的智能加工系统中解决了钛合金工件磨削表面烧伤裂纹图像的自动识别问题并在航空航天的结构零件的加工中进行了应用解决了生产中难题 5从计算机听觉的智能加工系统切入模仿熟练的机械加工技师将车间南京航空航天大学博士学位论文 ii 机床加工中发出的声音信号作为输入信号以车削外圆为例将车削加工中的切削声信号作为***磨损状态识别的监测信号首先采用小波分解的方法把信号划分成不同频带提取不同频带能量占信号总能量的百分比作为***磨损状态识别的特征量采用三层BP神经网络作为***磨损状态识别分类器通过试验确定了最优化的BP神经网络结构利用获得的样本信号对神经网络进行训练和仿真测试实验和仿真结果表明识别系统组成简单识别效果良好关键词智能加工系统智能监测智能信息处理智能决策智能控制计算机视觉计算机听觉南京航空航天大学博士学位论文 iii Abstract Metal cutting is the mon process manner in mechanical manufacturing. In metal machining process, the skilled machining technicians ,through to watching of the surface being machined, hearing voice of machining process,the smelling odor in cuttingprocessand tool wear, can determine the working state of machine ,so that they adopt appropriate contingency measures to ensure the dimensional tolerance machined parts, surface roughness ,shape and position tolerances and other technical requirements for the use of a product to meet performance. Along with economic globalization, petition intensifies and machinery, the manufacturing enterprises urgently need to improve the quality of products and reduce processing costs, so that they need large number of skilled ma
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