支持船舶敏捷制造的新一代數控系統(tǒng)體系結構的研究.pdf

1、進入21世紀以來，世界船舶工業(yè)飛躍發(fā)展，未來船舶制造將提高設計快速反應能力及批量能力和競爭力，向數字化和網絡化制造發(fā)展。敏捷制造技術、虛擬造船技術、并行工程技術、設計制造一體化技術、柔性制造系統(tǒng)和智能控制及電子商務作為艦船科研生產的重要手段，將成為未來的重要研究領域。敏捷性是船舶先進制造系統(tǒng)的本質特征和要求，是未來企業(yè)成功甚至生存的關鍵。敏捷制造要求其生產系統(tǒng)具有“敏捷”特征，朝著體系結構的開放性、系統(tǒng)實現的網絡化方向發(fā)展。數控設備在船

2、舶制造業(yè)中有著廣泛的應用，并且對船舶的制造質量、工期乃至船舶的性能都起到決定性的作用。因此，要從現代造船體制、先進制造裝備、高效信息集成技術三方面入手，重點研究支持艦船敏捷制造的新一代數控系統(tǒng)-基于STEP-NC數控系統(tǒng)的體系結構，在敏捷制造關鍵技術上取得事半功倍的效果。 本文從研究STEP-Nc標準入手，重點分析STEP-NC應用協議。在此基礎上，建立了輪廓切割數據模型 (PCDM)，對現有的STEP-NC應用協議進行了擴充。

3、根據STEP標準的原理及方法學建立基于STEP-NC的數控系統(tǒng)的體系結構，對其重要的組成單元的設計和構建進行了深入系統(tǒng)的研究，并且完成了基于STEP-NC數控系統(tǒng)的原理機的開發(fā)工作。主要內容包括： 1．本文對STEP-NC標準的標準結構進行了詳細的闡述，對STEP-NC物理文件的格式進行了剖析。根據數控切割的工藝特點，建立了輪廓切割數據模型。首先對金屬輪廓切割工藝條件進行了分析，總結出輪廓切割的工藝特征。根據對輪廓切割工藝條件進

4、行分析得出的結論，建立了輪廓切割應用參考模型ARM，及輪廓切割應用解釋模型AIM。 2．本文在對基于STEP-NC數控系統(tǒng)結構的要求與實現策略研究的基礎上，通過劃分基于STEP-NC的數控系統(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數控系統(tǒng)的硬件平臺，建立了數控系統(tǒng)軟件的靜態(tài)模型和行為模型，實現了對系統(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、實例間的拓撲關系描述的研究分析，對詞法分析的流程進行了闡述。通過對實體識別、實體參數和屬性參數的提取方法、相關技術進行的研究，確定了加工特征提取的實現方法，建立了STEP-NC詞法解釋器模型。 4．本文對基于STEP-NC數控系統(tǒng)硬件平臺中的運動控制器PID算法進行了研究。根據運動控制器的特點，分別采用基于知識庫的PID參數整定方法和基于誤差的增益調整型模糊PID控制器方法，調整運動控制器的參數，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控加工的特點以及網絡化數控加工在船舶制造中的需求的分析，總結了數控設備的網絡化服務的主要實現機制，在傳統(tǒng)的代理模型中增加Web Services協議棧，使代理模型符合 Web Services的規(guī)范，提出了適合STEP-Nc的網絡化服務代理模型，并且研究了網絡化服務代理