车削参数优选专家系统的研究.pdf

第 3 期 总第 172 期 2012 年 6 月 机 械 工 程 与自 动 化 M E C H A N IC A L E N G IN E E R IN G A U T 0 M A T 10 N N O 3 Ju n 文章编号 1672 64l3 2Ol2 O3 0041 02 车削参数优选专家系统 的研究 张 中华 董长双 太原理工大 学 山西 太原030024 摘要 将车削参数的优选同专家系统经验知识结合起来 使用专家系统对车削参数进行优选 对提高机床使 用效率 降低成本有很大 帮助 设计 出了专家 系统 的结构 并 重点介绍 了知识库和推理机 的设计 关键词 优选 专家 系统 知识表示 推理机 车 削参数 中图分类号 T G 51 T P 182 文献标识 码 A 0 引言 金属切削加工在机械加工 中占有重要地位 提高 切削加工的效率和质量是机械制造业的重要内容 切 削三 要素 切 削速度 进 给量 切 削深 度 是 切削 加工 中 最活跃的要素 切削参数的合理选择对切削加工的生 产效率 加工成本和产品质量将产生积极的影响 尤其 是在批量生产 自动线和数控加工中更为明显 然而 大多数工艺人员在生产中往往凭借经验或查阅切削用 量手册来确定切削参数 这些参数的选择通常 比较保 守 达不到最优值 从而限制了机床的加工潜力和切削 效率的提高 本文针对 目前企业在切削参数优化方面 的需要 开发了车削参数优选专家系统 在车削参数的 合理快速选择方面进行 了有益探索 1 车 削参 数优 选专 家 系统 结构 设计 专家系统使用基于知识的程序设计方法 按一定的 推理策略有效地选择知识库中的知识 根据用户提供的 问题进行推理 为用户提供专家级的解答 本系统由数 据库 知识库 推理机和人机接 口4 个基本部分组成 其 结构如图 1 所示 知识库和推理机是专家系统 中必不 可少的组成部分 是基于知识的推理的基础和核心 知 识库用以存放领域专家提供的专门知识 包括与领域相 关的书本知识 常识性知识 以及专家经验知识 推理机 根据一定的推理策略从知识库中选择有关知识 对用户 提供 的证 据进行推理 直 到得 出相应 的结 论为止 2 开发 工具 的选择 本 系统选 用 面 向对 象 的可视 化集 成 开发 环 境 V i sual C 6 0 使用 SQ L Server 2000 作为系统数据 库 应用程序和数据库的连接选用开放式的数据库接 口 M F C 0 D B C 来实现 3 专 家 系统知 识库 的建 立 所存储知识的数量和质量决定了专家系统性能的 优劣 因此研究专家 系统的聚焦点应是知识库该如何 建立 专家系统设计出来投入使用后 仍需要不断地 对知识库进行修改 扩充和完善 所 以 知识获取贯穿 专家系统开发和维护的整个过程 本专家系统利用的 是非 自动 知识 获取 方法 知 识 获 取 部 分 优 化 计 算 部 分 用户 管理 员 人 机接 口 数 据库 工 推理机 工 知 识库 解 释 部 分 图 l 车削参数优选专 家系统结构 图 3 1 知识 的 来源 本系统所需知识非常广泛 主要分为以下几方面 1 手册知识 即查 阅机械工程手册 和切削用量 手册而得来的加工方法信息及相关数据 如刀具信息 切削用量 加工余量等 2 数据资料 即从生产现场中提取 出来的相关 知识 如零件尺寸信息 机床规格信息 冷却液信息等 3 经验 常识 在 长期 的加工 实 践 中 相关 技 术人 员总结出的刀具 切削用量选择 的方法 4 试验知识 企业 和科研 院所通过大量的试验 获得的切削数据信息 3 2 知 识 的表 示 建立知识库 的关键是确定如何表示知识 要把知 收稿 日期 2012 01 05 修回 日期 2012 01 19 作者简介 张中华 1982一 男 陕西渭南人 在读硕 士研究生 主要从事 CA D CA M C A E 方 面的研究 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 42 机 械 工 程 与自 动 化 2012 年第 3 期 识存储到计算机中去 就必须以恰当的方式将其表示出 来 知识表示就是 知识的符号化 和形式化 的过程 通过 将所要求解问题的各种知识转化成计算机能够识别和 利用的某种数据结构 完成知识的存储 本文的知识表 示通过产生式表示和框架表示相结合的方式来进行 3 2 1产 生式 表示 产生式规则是最常用的知识表示方法 其基本形 式为 P Q 或 IF P T H E N Q 表示如果前提 P 满 足 则可得出结论 Q 或运行 Q 所要求的动作 其 中 P 为已知事实 它指出了该产生式能否使用的前提条 件 由事实的逻辑组合而成 Q 为一组结论 它指出当 条件 P 符合时 所能得出的结论或应运行的操作 产 生式具有诸多优势 如可以把知识库划分为不同模块 来管理 也便于对知识进行增 改 删的操作 这是因为 产生式的各条规则不但形式相 同 且彼此独立 因此 产生式知识表示方法被许多成功的专家系统采用 本 系统中部分知识用产生式方法描述如下 i f 工件材 料为 45 钢 调质 加工要求 为粗车 then 刀具 材料 为 Y T 5 Y T 15 i f 工件材料为合金钢 刀具材料为硬质 合金 加工要求为精车 then 切削液代号为 0 2 4 i f 工件材料为钢 加工表面粗糙度为 R a 6 3 刀尖 圆弧 半径 为 1 0 then 进 给量 0 60 3 2 2 框架式 表示 框架具有的特点为 在 知识表示中框架本身生成 了一个 层次 这样 使 得 对 知识 的描 述 既 可 以 详 细 具 体 又可以很概括 抽象 框架可以有任意有限数 目的 槽 一个 槽 由任意有 限数 目的侧 面组 成 而 一个侧 面 又 可以规定任意有限数 目的值 框架 槽 侧面可以描述 多种多样的知识 同时侧 面的值 也允许是其他框架 本系统中使用的部分用框架法表示知识的例子如下 1 框 架名 范畴 形态 液体 固体 名称代 码 0 1 2 3 4 5 6 7 8 类别 水溶性切 削液 油溶性切 削液 固体 润 滑剂 特性 水溶性 乳 化液 切削油 适用场合 金属车削 使用方法 浇注 高压冷却 作用 冷却 润滑 防锈 清洗 2 框架名 用途 外圆车刀 端面车刀 镗孔车刀 切断车 刀 螺 纹 车刀 结构 整体式 焊接式 机夹式 装 配式 可转 位式 刀具材料 范 围 工具钢 高速 钢 硬质合金 其他刀具材料 缺省 硬质合金 几何参数 刃形 刃区 刀面 几何角度 加工 性质 粗 精 加工 刀具 尺寸 刀杆 尺寸 刀片厚 度 4 专家 系统推理 机 制的设计 4 1车 削工 艺参数 选择 流程 本系统的推理机划分为 3 个模块 刀具模块 切削 参数优选模块和切削液模块 根据加工工件信息和加 工要求 首先刀具模块给出符合用户需求的刀具 然后 切削液模块帮助用户选取适合 的切削液 最后切削参 数优选模块确定切削参数的合理值 4 2 系统整体推 理 流程 本系统采用正 向推理策略来进行 车削参数 的选 取 其推理过程 为 用户首先输入初 始信 息 机床 信 息 工件信息和加工要求等 系统将接收到的信息存 储在数据库中 然后推理机在知识库 中查找相匹配的 规则 逐步求解待解决的问题 直到通过人机界面输出 相应结果给用户 系统推理步骤如图 2 所示 N 初始信息输入 检索知识库中适用知识 结果 是否为新 Y l 将所得结果存 入数据库 N I 人 数 据库中 是否有解 Y I 一 输 出结果 图 2 系统推理步骤 5 结论 本文针对车削加工中切削参数选择不合理的现状 提 出了将专家 系统应 用到 金属 车削加 工切 削参 数 的优 选中 并论述了系统的建立方法 通过对车削参数优选 专家系统的探讨 说明了专家系统是车削参数优选 的一 种途径 对于提高机械加工效率具有重要意义 参考文献 I 1 艾兴 肖诗纲 切削用 量简 明手册 M 修 订本 北京 机 械工业出版社 2002 23 韩荣第 周明 金属切削原理 与刀具I M 哈尔滨 哈尔滨 工业大学出版社 1998 33郑丽敏 人工智 能与专 家系统原 理与应 用 M 北京 中 国农业大学出版社 2004 43李斌 赵平 朱登辉 等 重型 车削工艺参数专家 系统 J 机械工程师 2007 7 55 57 51马 玉祥 武 波 专家 系统 M 成 都 电子 科技 大学 出版 社 1994 63 叶俊 基 于机械 加工质量 的数 控车床切 削用量 专家 系统 I J3 广西轻工业 2009 10 59 60 73张耀宸 马占永 机械加 工工艺设计实 用手册 M 北 京 航空工业 出版社 1993 英 文摘 要转第 45 页 到识 一 翅 找知 否用 Y 一 一 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 2012 年第 3 期 机 械 工 程 与 自 动 化 45 多沙 强烈腐蚀等环境啪 悬点的运动过程受到以上 环境的影响 经常发生左 右摇摆 剧烈震动 这些因素 导致悬点的磨损加剧 也是导致抽油杆 和钢丝绳发生 断裂 的 主要 因素 f f O 5 10 15 t s 图 3 位移仿真图谱 7 速 度 e l L I t s 图 4速度 加速 度仿真图谱 4 结束语 本文通过 Si m uli nk 仿 真计算 了直线 电机抽 油机 在采油过程中悬点的运动情况 得出了悬点 的位移 速 度和加速度图谱 在周期性的运动 中悬点的速度呈正 弦变化 加速度呈余弦变化 这是因为悬点在实际运动 的过程中受到井下诸多不确定因素的影响 运动发 生 了改变 因此在抽油机实际的设计和优化过程 中要 充 分考虑这些因素 参考文献 13 王建萍 直线 电机抽油 机系统 的优化设计 D 大庆 大庆 石油学院 2006 25 30 2 陈小丽 杨胡坤 苏颖 等 直线电机抽油机 运行参数优化 设 计 J 石油矿场机械 2009 3 9 46 49 3 李立毅 吴红 星 寇玉泉 等 直接驱动直 线电磁抽油机 系 统的研究及实验 J 石油学报 2003 5 5 23 27 4 李洪涛 基 于 M AT L A B Si m uli nk 游梁式 抽油机动态性 能 仿真及控制方案 的研究 D 杭州 浙江大学 2009 21 30 5 肖文生 周小希 谷玉虹 等 直线电机抽油机的研制 J 石油学报 2006 27 5 43 46 63 张公社 石慧 宁 聂飞朋 等 直线 电机抽油机 悬点运动规 律 J 石油 天然气学报 2006 28 4 143 146 7 王立名 往复式抽油机控制系统研究 D 哈尔滨 哈尔滨 理工大学 2008 23 30 D y n am i c S i m u la ti on for M o ti o n C h ara c teri sti c s of S u sp en si on P o i n t on L i n ea r Motor P u m p i n g U n i t X U D e fu FA N Jun G U O Shu jall C ollege of M ec hani c al E ngi neeri ng X i njiang U ni versi ty U rum qi 8300 47 C hi na A bstrac t T he m ath em ati c al m o del o f th e suspe nsi on po i nt o f a li n ear m oto r p u m pi n g un i t w as estab li shed an d th e m o ti o n m o del o f the suspensi on poi nt w as set up by M A T A LA B Si m uli nk T he dynam i c si m ulati on of the suspensi on poi nt on li near m otor p um pi ng u ni t w a s c arri ed OU t th e velo c i ty ac c elerati o n and di splac em en t o f the su sp ensi o n p oi nt w ere ob tai n ed T he si m u lati o n res ults w ere an alyzed by c o m bi ni ng w i th prac ti c a I si tu ati on fo r th e fu rth er i m p ro vem ent K ey w ord s susp en si on po i n t pu m p i ng u ni t d yn am i c si m ulati o n 上 接第 42 页 E x p ert S ystem fo r O p ti m i za ti on o f T u rn i n g P aram eters Z H A N G Z h ong h ua DONG C h an g sh uan g T ai yuan U ni versi ty of T ec hnology T ai yuan 030024 C hi na A bstrac t B y c o m bi ni ng the o pti