支持船舶敏捷制造的新一代數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)以來，世界船舶工業(yè)飛躍發(fā)展，未來船舶制造將提高設(shè)計快速反應(yīng)能力及批量能力和競爭力，向數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化制造發(fā)展。敏捷制造技術(shù)、虛擬造船技術(shù)、并行工程技術(shù)、設(shè)計制造一體化技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)和智能控制及電子商務(wù)作為艦船科研生產(chǎn)的重要手段，將成為未來的重要研究領(lǐng)域。敏捷性是船舶先進(jìn)制造系統(tǒng)的本質(zhì)特征和要求，是未來企業(yè)成功甚至生存的關(guān)鍵。敏捷制造要求其生產(chǎn)系統(tǒng)具有“敏捷”特征，朝著體系結(jié)構(gòu)的開放性、系統(tǒng)實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。數(shù)控設(shè)備在船

2、舶制造業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，并且對船舶的制造質(zhì)量、工期乃至船舶的性能都起到?jīng)Q定性的作用。因此，要從現(xiàn)代造船體制、先進(jìn)制造裝備、高效信息集成技術(shù)三方面入手，重點研究支持艦船敏捷制造的新一代數(shù)控系統(tǒng)-基于STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，在敏捷制造關(guān)鍵技術(shù)上取得事半功倍的效果。 本文從研究STEP-Nc標(biāo)準(zhǔn)入手，重點分析STEP-NC應(yīng)用協(xié)議。在此基礎(chǔ)上，建立了輪廓切割數(shù)據(jù)模型 (PCDM)，對現(xiàn)有的STEP-NC應(yīng)用協(xié)議進(jìn)行了擴充。

3、根據(jù)STEP標(biāo)準(zhǔn)的原理及方法學(xué)建立基于STEP-NC的數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，對其重要的組成單元的設(shè)計和構(gòu)建進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，并且完成了基于STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)的原理機的開發(fā)工作。主要內(nèi)容包括： 1．本文對STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，對STEP-NC物理文件的格式進(jìn)行了剖析。根據(jù)數(shù)控切割的工藝特點，建立了輪廓切割數(shù)據(jù)模型。首先對金屬輪廓切割工藝條件進(jìn)行了分析，總結(jié)出輪廓切割的工藝特征。根據(jù)對輪廓切割工藝條件進(jìn)

4、行分析得出的結(jié)論，建立了輪廓切割應(yīng)用參考模型ARM，及輪廓切割應(yīng)用解釋模型AIM。 2．本文在對基于STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求與實現(xiàn)策略研究的基礎(chǔ)上，通過劃分基于STEP-NC的數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行功能的層級組織方式，提出了基于STEP-NC的CNC概念框架，建立了基于STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺，建立了數(shù)控系統(tǒng)軟件的靜態(tài)模型和行為模型，實現(xiàn)了對系統(tǒng)動、靜態(tài)行為統(tǒng)一而規(guī)范的描述。 3．本文通過對STEP-NC中性交換文

5、件的語法特點、幾何信息元素、實例間的拓?fù)潢P(guān)系描述的研究分析，對詞法分析的流程進(jìn)行了闡述。通過對實體識別、實體參數(shù)和屬性參數(shù)的提取方法、相關(guān)技術(shù)進(jìn)行的研究，確定了加工特征提取的實現(xiàn)方法，建立了STEP-NC詞法解釋器模型。 4．本文對基于STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺中的運動控制器PID算法進(jìn)行了研究。根據(jù)運動控制器的特點，分別采用基于知識庫的PID參數(shù)整定方法和基于誤差的增益調(diào)整型模糊PID控制器方法，調(diào)整運動控制器的參數(shù)，采用

6、matlab仿真，并采集和分析了反映系統(tǒng)動態(tài)精度和靜態(tài)精度的曲線。對兩種PID整定方法作了詳細(xì)的比較，分析了各自的優(yōu)缺點和適用的工況。 5．本文通過對船舶制造中數(shù)控加工的特點以及網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工在船舶制造中的需求的分析，總結(jié)了數(shù)控設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)的主要實現(xiàn)機制，在傳統(tǒng)的代理模型中增加Web Services協(xié)議棧，使代理模型符合 Web Services的規(guī)范，提出了適合STEP-Nc的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)代理模型，并且研究了網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)代理