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支持船舶敏捷制造的新一代数控系统体系结构的研究

2020-11-23阅读(879)

支持船舶敏捷制造的新一代数控系统体系结构的研究

论文摘要

进入21世纪以来，世界船舶工业飞跃发展，未来船舶制造将提高设计快速反应能力及批量能力和竞争力，向数字化和网络化制造发展。敏捷制造技术、虚拟造船技术、并行工程技术、设计制造一体化技术、柔性制造系统和智能控制及电子商务作为舰船科研生产的重要手段，将成为未来的重要研究领域。敏捷性是船舶先进制造系统的本质特征和要求，是未来企业成功甚至生存的关键。敏捷制造要求其生产系统具有“敏捷”特征，朝着体系结构的开放性、系统实现的网络化方向发展。数控设备在船舶制造业中有着广泛的应用，并且对船舶的制造质量、工期乃至船舶的性能都起到决定性的作用。因此，要从现代造船体制、先进制造装备、高效信息集成技术三方面入手，重点研究支持舰船敏捷制造的新一代数控系统-基于STEP-NC数控系统的体系结构，在敏捷制造关键技术上取得事半功倍的效果。本文从研究STEP-NC标准入手，重点分析STEP-NC应用协议。在此基础上，建立了轮廓切割数据模型（PCDM，Profile Cutting Data Model），对现有的STEP-NC应用协议进行了扩充。根据STEP标准的原理及方法学建立基于STEP-NC的数控系统的体系结构，对其重要的组成单元的设计和构建进行了深入系统的研究，并且完成了基于STEP-NC数控系统的原理机的开发工作。主要内容包括：1．本文对STEP-NC标准的标准结构进行了详细的阐述，对STEP-NC物理文件的格式进行了剖析。根据数控切割的工艺特点，建立了轮廓切割数据模型。首先对金属轮廓切割工艺条件进行了分析，总结出轮廓切割的工艺特征。根据对轮廓切割工艺条件进行分析得出的结论，建立了轮廓切割应用参考模型ARM，及轮廓切割应用解释模型AIM。2．本文在对基于STEP-NC数控系统结构的要求与实现策略研究的基础上，通过划分基于STEP-NC的数控系统执行功能的层级组织方式，提出了基于STEP-NC的CNC概念框架，建立了基于STEP-NC数控系统的硬件平台，建立了数控系统软件的静态模型和行为模型，实现了对系统动、静态行为统一而规范的描述。3．本文通过对STEP-NC中性交换文件的语法特点、几何信息元素、实例间的拓扑关系描述的研究分析，对词法分析的流程进行了阐述。通过对实体识别、实体参数和属性参数的提取方法、相关技术进行的研究，确定了加工特征提取的实现方法，建立了STEP-NC词法解释器模型。4．本文对基于STEP-NC数控系统硬件平台中的运动控制器PID算法进行了研究。根据运动控制器的特点，分别采用基于知识库的PID参数整定方法和基于误差的增益调整型模糊PID控制器方法，调整运动控制器的参数，采用matlab仿真，并采集和分析了反映系统动态精度和静态精度的曲线。对两种PID整定方法作了详细的比较，分析了各自的优缺点和适用的工况。5．本文通过对船舶制造中数控加工的特点以及网络化数控加工在船舶制造中的需求的分析，总结了数控设备的网络化服务的主要实现机制，在传统的代理模型中增加Web Services协议栈，使代理模型符合Web Services的规范，提出了适合STEP-NC的网络化服务代理模型，并且研究了网络化服务代理实现的关键技术，以及网络化服务代理的应用模型，建立了船舶制造网络化数控原型系统。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题的研究背景及意义
  • 1.1.1 课题来源
  • 1.1.2 课题选题背景与意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 STEP-NC在国外的发展概况
  • 1.2.2 国内的发展状况
  • 1.3 论文主要研究内容
  • 第2章 STEP标准中船舶制造标准的研究
  • 2.1 STEP-NC标准结构
  • 2.1.1 STEP-NC标准结构
  • 2.1.2 STEP-NC物理文件的描述（Part21）
  • 2.1.2.1 Part21文件的基本概念与设定
  • 2.1.2.2 Part21文件格式举例与说明
  • 2.2 数控切割相关标准的研究
  • 2.2.1 轮廓切割数据模型PCDM分析
  • 2.2.2 金属轮廓切割工艺条件分析
  • 2.2.2.1 船厂数控切割设备的主要工艺参数
  • 2.2.2.2 轮廓切割的工艺特征
  • 2.3 PCDM的建立
  • 2.3.1 EXPRESS描述语言[53]
  • 2.3.2 STEP-NC轮廓切割ARM的建立
  • 2.3.3 STEP-NC轮廓切割AIM的建立
  • 2.3.4 多模式集成方法
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 基于STEP-NC数控系统体系结构的研究
  • 3.1 基于STEP-NC数控系统的体系结构设计
  • 3.1.1 基于STEP-NC数控系统结构的要求与实现策略研究
  • 3.1.2 系统总体结构框架的建立
  • 3.2 数控系统硬件平台
  • 3.3 数控系统软件模型的建立
  • 3.3.1 数控系统结构模型的建立
  • 3.3.2 数控系统行为模型的建立
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 STEP-NC加工特征提取的研究
  • 4.1 STEP-NC中性文件信息模型与数据模型
  • 4.1.1 信息模型
  • 4.1.2 STEP-NC的数据模型
  • 4.1.3 STEP中性文件中加工特征分析
  • 4.2 加工特征的提取及其实施方案的研究
  • 4.2.1 词法分析流程分析
  • 4.2.2 STEP-NC词法解释器模型的建立
  • 4.2.3 刀具路径生成/校验模块
  • 4.3 刀具路径提取实例分析
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 UMAC运动控制器PID自整定算法的研究
  • 5.1 UMAC运动控制器参数常规调整方法
  • 5.2 UMAC PID自整定算法
  • 5.2.1 基于知识库的PID自整定算法
  • 5.2.2 模糊PID自整定算法
  • 5.3 仿真及实验数据分析
  • 5.3.1 被控对象的数学模型
  • 5.3.2 PID自整定仿真
  • 5.3.3 实验数据分析
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 STEP-NC机床的网络化服务
  • 6.1 基于联盟企业网络化数控加工
  • 6.1.1 船舶制造中数控设备的网络化需求
  • 6.1.2 基于联盟企业网络化数控加工软件系统结构
  • 6.2 船舶数控加工的网络服务代理模型的研究
  • 6.3 网络服务代理关键技术研究
  • 6.3.1 基于Web Services的网络化服务
  • 6.3.2 网络服务代理模块的Web Services实现
  • 6.4 网络服务代理的应用模型
  • 6.4.1 网络服务代理面向服务的架构模型
  • 6.4.2 服务请求者同网络化服务代理的交互模型
  • 6.4.3 基于STEP-NC数控系统的船舶制造网络化模块
  • 6.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录A STEP-NC应用活动模型（AAM）
  • 附录B STEP-NC应用参考模型（ARM）
  • 附录C STEP-NC应用解释模型（AIM）
  • --ISO 10303 AP238
  • 附录D AP238的引用标准
  • 附录E 英文缩写词对照表
  • 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
  • 致谢
  • 个人简历

    • 相关论文文献

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