《齿轮加工机床 智能化技术导则》

1JB/T14472—2023齿轮加工机床智能化技术导则本文件确立了齿轮加工机床智能化的参考架构与运行方式，智能化功能、应用层次及发展阶段的技术总体原则。本文件适用于智能齿轮加工机床的设计指导。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T5271.31—2006信息技术词汇第31部分:人工智能机器学习GB/T11457—2006信息技术软件工程术语GB/T25486—2010网络化制造技术术语3术语和定义GB/T5271.31—2006、GB/T11457—2006、GB/T25486—2010界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1智能齿轮加工机床intelligentmetal-cuttingmachinetoolsforgears具有自行监控，可自行分析众多与设备、加工状态、环境有关的信息及其他因素，并能自行采取应对措施来保证最优化加工，同时具备一定的自维护、自更新和自学习能力的齿轮加工机床。3.2现场总线fieldbus一种实现现场级设备数字化通信的网络技术，集控制技术、计算机技术和通信技术于一体，是现场设备（如现场仪表、传感器和执行机构等）与控制系统之间的一种全分散的、数字化的、智能的、双向互联的和多变量的通信与控制系统。它将自动控制系统与设备集成到工厂的信息网络中，成为企业信息网络的底层，使企业信息沟通的覆盖范围可以延伸到生产现场，大大提高了控制效率。[来源：GB/T25486—2010，2.91]3.3机器学习machinelearning功能单元通过获取新知识或技能，或通过整理已有的知识或技能来改进其性能的过程。[来源：GB/T5271.31—2006，31.01.02]4参考构架及与运行方式4.1参考架构智能齿轮加工机床（以下简称“机床”）的参考架构如图1所示。2JB/T14472—2023图1智能齿轮加工机床的参考架构该架构包括单机应用层、车间应用层、网络化协同制造企业应用层、机床制造商应用层四层，具体如下：——单机应用层：智能机床单机由基础功能部件和智能功能部件构成，其中：.基础功能部件：包括基础机械结构、传感装置、执行装置、数控系统、辅助装置。其中传感和执行装置，除机床完成自身加工任务所需的功能外，还包括机床智能化提升所需的功能，这些传感和执行装置通过通讯接口（如现场总线接口等）与数控系统互联互通；.智能功能部件:由性能智能化、齿轮加工智能化、交互智能化、维护智能化构成智能功能软硬件。——车间应用层：智能机床在车间层上主要体现在性能智能化、齿轮加工智能化、交互智能化等方面智能功能，如：.性能智能化：刀夹具智能监管、运行状态监控等；.齿轮加工智能化：加工任务与工艺管理、准备参数优化、数控程序优化编制、加工质量监控、加工调整；.交互智能化：互联互通互操作（高级通信功能支持）等。——网络化协同制造企业应用层：智能机床在网络化协同制造层上主要体现在性能智能化、齿轮加工智能化、交互智能化等方面智能功能，如：.性能智能化：运行状态监控等；.齿轮加工智能化：加工任务与工艺管理、准备参数优化、数控程序优化编制、加工质量监控（齿轮质量控制策略优化）、加工调整（部分功能）等；.交互智能化：互联互通互操作（高级通信功能支持）等。——机床制造商应用层：智能机床在机床制造层上主要体现在性能智能化、交互智能化、维护智能化等方面智能功能，如：.性能智能化：运行状态监控、健康管理等；.交互智能化：互联互通互操作（高级通信功能支持）等；.维护智能化：自更新、自学习等。4.2运行方式3JB/T14472—2023智能机床的运行方式如图2所示：图2智能齿轮加工机床的运行方式该运行包括单机运行方式、车间联网运行方式、网络化协同制造运行方式、机床制造商远程运维运行方式四种方式，具体如下：——单机运行方式：通过增加传感器、扩展模块和智能软件模块等方式，使机床智能化，实现智能运行功能；——车间联网运行方式：通过与车间制造执行系统集成，使智能机床在车间层中优化运行；——网络化协同制造运行方式：通过与网络化协同制造系统集成，使智能机床在企业间优化运行；——机床制造商远程运维方式：通过与远程运维系统集成，实现机床制造商为机床提供服务，如远程故障诊断、远程维护等。5机床智能化功能、应用层次及发展阶段5.1概述机床智能化可采用LFP（Level、Function、Phase）分析模型表示，如图3所示。4JB/T14472—2023图3LFP分析模型LFP分析模型包括应用层次维（L）、实现功能维（F）、发展阶段维（P）三个维度，具体如下：——应用层次维（L）：从智能机床应用上，主要包括机床单机应用层、车间应用层、网络化协同制造企业应用层和机床制造商应用层；——实现功能维（F）：从机床智能化功能上，主要包括性能智能化、加工智能化、信息交互智能化和维护学习智能化；——发展阶段维（P）：从机床智能化水平的发展上，可分为初级阶段、中级阶段和高级阶段。5.2应用层次5.2.1单机应用层应为实现机床整机的智能感知、决策和执行，在机床的结构和软件系统上进行提升设计与应用，实现其智能功能，包括准备阶段、执行阶段、维修阶段和维护阶段等方面：——准备阶段：在不确定任务环境中，执行加工任务之前在工艺、数控程序、工件、刀夹具等方面的智能化功能；——执行阶段：机床在不确定加工环境中，执行齿轮加工任务时的智能化功能；——维修阶段：机床在健康管理、故障诊断和故障维修等方面的智能化功能；——维护阶段：实现机床智能化所需知识和算法的自学习和共享学习等方面的智能化功能。5.2.2车间应用层机床制造商应能通过网络对其机床产品进行远程应用、维修、维护等方面的智能化运行。5.3实现功能5.3.1概述机床智能化功能主要体现在性能智能化、齿轮加工智能化、交互智能化和维护智能化等四个方面，具体智能化功能要求按附录A的规定。5.3.2性能智能化机床自身软硬件方面的智能化功能，包括但不限于以下：——机床稳定性：如自动抑制振动系统、防碰撞系统等；5JB/T14472—2023——刀夹具：如刀夹具智能管理、刀夹具智能检测等；——运行状态监控：如机床实时状态监测、能耗监测和节能控制等；——健康管理：如智能故障诊断、预诊断和机床健康评估等；——机床操作安全保障：如智能关闭防护门等。5.3.3齿轮加工智能化齿轮加工智能化指与齿轮加工相关的智能化功能，包括但不限于以下：——加工任务方面：加工任务智能管理、执行和监控相关的智能化功能，如任务管理、任务进度监测等；——工艺参数方面：工艺参数的制定和优化相关的智能化功能，如工艺参数的智能决策与优化、刀夹具使用策略优化等；——数控编程方面：数控程序的智能编制和虚拟仿真相关的智能化功能，如包括数控程序智能编制与优化、基于数控程序虚拟加工与优化等；——加工质量方面：在加工过程中智能感知质量信息，对质量相关的影响因素及时调整，如在机质量检测与控制、齿轮质量控制策略优化等；——加工调整方面：指根据加工过程、环境情况智能地调整刀具、夹具及辅助系统的位置或状态等，如工艺参数动态调整系统、自动对刀及加工余量自动分配和加工误差自动补偿等。5.3.4交互智能化交互智能化指人与机床信息交互，互联互通互操作以及信息安全等方面的智能化，包括但不限于以——人机交互方面：提供多种人机交互的能力，包括文字交互、图形交互、语音交互、手势交互——互联互通互操作方面：指机床与机床、机床与外部信息系统之间的通信方式、能力、水平等方面的智能化。机床在具有基本通信接口以外，还应支持OPC-UA等高级通信功能；——信息安全方面：利用信息安全技术保障信息交互过程的安全，包括身份鉴别、访问控制、安全审计、病毒检测与清除、系统备份与恢复、防火墙、入侵检测防御和加密传输等。5.3.5维护智能化维护智能化面向全部的智能化功能，各项功能应根据自身特点提供自维护、自更新和自学习的能力，包括但不限于以下：——自更新方面：机床各智能化功能不断更新和升级，如各项智能化功能、各类算法库、知识库等的更新和升级等；——自学习方面：在使用过程中自学习，如根据各项检测数据，利用机器学习等先进数据处理技术，自主地训练和更新模型和参数，以获取新知识，学习新技能等。5.4发展阶段5.4.1概述机床的智能化水平根据发展进程一般可分为初级阶段、中级阶段和高级阶段。各阶段所具备的智能功能应符合附录A的规定。5.4.2初级阶段初级阶段的智能化技术是智能机床应具备的基本要求，主要包括以下功能：——性能方面：主要是机床的自感知，能监测机床的状态信息、加工信息、报警信息、能耗信息、油量信息等；——加工方面：能接收加工任务、给出切削参数、编制或调用加工程序、虚拟加工、自动对刀、部分加工调整、判定加工质量等；6JB/T14472—2023——信息交互方面：具备较完善的信息通讯能力，可支持工业以太网、现场总线等通讯方式，可与管理系统进行信息交互：接收加工任务等信息、上传生产信息、运行状态及健康状态等信息。信息安全方面能进行权限管理、加密管理、病毒防御及清除、支持数据备份与恢复等；——维护学习方面：具备预维护功能、支持典型故障报警及图解维修、自动更新数据库等。5.4.3中级阶段中级阶段除应具备初级阶段功能外，还应具备以下功能：——性能方面：闭环制齿、颤振抑制、自动补充润滑油、智能节能、对机床可靠性、精度保持性、寿命预测等指标进行评估；——加工方面：动态监控工件及刀夹具、加工余量自动分配、误差自动补偿、基于误差趋势的工艺参数动态调整等；——信息交互方面：支持OPC-UA、MT-connect、WebService等高级通信功能；——维护学习方面：利用机器学习等先进数据处理技术，自主地训练和更新模型和参数，以获取新知识，学习新技能。5.4.4高级阶段高级阶段除应具备中级阶段功能外，还应具备主动抑制噪声及振动、在机质量控制、自适应刀具磨损加工、余量自适应加工、智能预测机床动态故障、故障的自动修复等。7JB/T14472—2023（规范性）齿轮加工机床智能化功能A.1智能机床在各个应用层次以及不同发展阶段应具备的各方面智能化功能要求应符合表A.1规定。表A.1齿轮加工机床智能化功能要求功能大类功能小类单机使用车间业商初级中级高级性能智能化机床稳定性控制√√√√油√√√√刀夹具智监管理√√√测√√√运行状态监控√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√表A.1（续）8JB/T14472—2023功能大类功能小类单机使用车间业商初级中级高级√√√√√√新√√√√教√√√√√√√齿轮加工智能化加工任务管理√√√√等√√√√准备参数优化√√√√√√√√数控编程√√√√表A.1（续）9JB/T14472—2023功能大类功能小类单机使用车间业商初级中级高级齿轮加工智能化数控编程化√√√√加工质量监控√√√√√√加工调整√√