SLFM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在飛機(jī)零件數(shù)控加工工時(shí)估算中的應(yīng)用研究.pdf

S L F M神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò) 在飛 機(jī)零件數(shù)控加工工時(shí) 估算中的 應(yīng)用研究 口王明珠 口常秀娟 中國(guó)航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司 工程技術(shù)研究院北京 1 0 0 1 2 0 摘要 ： 在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加 工工時(shí)估算 中， 特征參數(shù) 對(duì)工時(shí)的影響呈現(xiàn) 出典 型的非線性特征 ， 且特征參數(shù)之 間存 在 著不同程度的耦合效應(yīng) 。提 出采用 S L F M神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)控加工工時(shí)的估算模型 ， 可快速 、 準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)零件加工工時(shí) 滿 足 工程 咨 詢 和 生 產(chǎn) 管理 的預(yù) 測(cè) 需 求 。 關(guān)鍵詞 ： 工時(shí)估算數(shù)控加工零件人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)S L F M網(wǎng)絡(luò) 中圖分類號(hào)： T H1 6 2 + 2 ； T P 1 8 3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1 0 0 0 4 9 9 8 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 8 0 0 5 航 空 產(chǎn) 品 的 生 產(chǎn) 制 造 工 時(shí) 是 企 業(yè) 人 力 和 物 質(zhì) 資 源 投 入 的 具 體 體 現(xiàn) ， 是 生 產(chǎn) 產(chǎn) 品 、 生 產(chǎn) 規(guī) 模 、 生 產(chǎn) 水 平 的 一 種 反 映 ， 也 是 企 業(yè) 進(jìn) 行 生 產(chǎn) 條 件 建 設(shè) 、 生 產(chǎn) 管 理 、 成 本 核 算 、 計(jì) 劃 控 制 等 的 重 要 依 據(jù) 更 是 企 業(yè) 進(jìn) 行 科 學(xué) 管 理 、 優(yōu) 化 加 工 結(jié) 構(gòu) 、 提 高 勞 動(dòng) 生 產(chǎn) 效 率 的 基 礎(chǔ) 和 重 要 前 提 對(duì) 于 航 空 工 業(yè) 咨 詢 設(shè)計(jì) _T作 來(lái) 說(shuō) 航 空 產(chǎn) 品 的 生 產(chǎn) 制 造 工 時(shí) 是 對(duì) 航 空 產(chǎn) 品 進(jìn) 行 生 產(chǎn) 性 技 術(shù) 改 造 的 主 要 依 據(jù) 之 一 是 咨 詢 設(shè) 計(jì) 中 確 定 工 廠 規(guī) 模 大 小 、 生 產(chǎn) 設(shè) 備 以 及 人 員 、 面 積 配 置 情 況 的 重 要 依 據(jù) 飛 機(jī) 產(chǎn) 品 的 機(jī) 械 加 工 零 件 的生 產(chǎn) 工 時(shí) 涉 及 產(chǎn) 品 結(jié) 構(gòu) 、 性 能 、 特 征 、 工 藝 方 法 、 生 產(chǎn) 設(shè) 備 、 加 工 參 數(shù) 等 眾 多 方 面 因 素 在 零 件 實(shí) 際 生 產(chǎn) 之 前 其 工 時(shí) 只 能 通 過(guò) 一 些 特 定 方 法 進(jìn) 行 估 算 或 預(yù) 測(cè) 。國(guó) 外 著 名 航 空 企 業(yè) 如 波 音 、 空 客 已 經(jīng) 在 成 本 預(yù) 測(cè) 方 面 形 成 了 相 應(yīng) 的技 術(shù) 體 系 與 應(yīng) 收稿 日期 ： 2 0 1 2年 8月 用 范 疇 可 以 在 產(chǎn) 品 生 產(chǎn) 前 對(duì) 零 件 的 加 工 時(shí) 間 及 成 本 進(jìn) 行 預(yù) 測(cè) 而 我 國(guó) 當(dāng)前 對(duì) 零 件 工 時(shí) 預(yù) 測(cè) 的方 法 主 要 有 以下 兩 種 ： ( 1 ) 較 為 普 遍 采 用 的 零 件 定 額 工 時(shí) 制 定 方 法 是 根 據(jù) 產(chǎn) 品 的 詳 細(xì) 生 產(chǎn) 工 藝 過(guò) 程 逐 步 計(jì) 算 其 生 產(chǎn) 工 時(shí) 所 用 方 法 包 括 查 表 法 、 數(shù) 學(xué) 模 型 法 、 典 型 零 件 法 、 混 合 法 等 隨 著 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 的普 及 目前 國(guó) 內(nèi) 外 已 經(jīng) 基 于 上 述 方 法 開 發(fā) 出 了一 些 成 形 軟 件 系 統(tǒng) 如 昆 明 理 工 大 學(xué) 、 南 京 航 空 航 天 大 學(xué) 等 單 位 開 發(fā) 的 機(jī) 械 加 工 1 一 時(shí) 定 額 子 系 統(tǒng) 等 實(shí) 現(xiàn) 了 工 時(shí) 定 額 計(jì) 算 的 快 速 、 科 學(xué) 、 通 用 。 但 由于 飛 機(jī) 零 件 復(fù) 雜 程 度 的 不 斷 提 升 和 數(shù) 控 加 工 技 術(shù) 的 大 量 采 用 該 類 方 法 已 經(jīng) 越 來(lái) 越 無(wú) 法 適 用 。 ( 2) 隨 著 數(shù) 控 加 工 快 速 編 程 技 術(shù) 的 不 斷 進(jìn) 步 UG、 C AT I A 等 軟 件 均 提 供 了 根 據(jù) 零 件 數(shù) 控 加 工 程 序 及 走 刀 軌 跡 仿 真 加 工 工 時(shí) 的 功 能 但 是 由 于 其 無(wú) 法 準(zhǔn) 確 地 描 述 實(shí) 際 加 工 ， 該 仿 真 工 時(shí) 不 能 真 實(shí) 地 反 映 實(shí) 際 加 工 情 況 ，使 該 方 法 追 蹤 系 統(tǒng) 對(duì) 零 件 進(jìn) 行 1 0 0 的 追 蹤 每 個(gè) 工 序 采 取 多 臺(tái) 機(jī) 床 并 行 加 工 的 方 式 曲 軸 線 的 F T 0 從2 0 1 1年 1月 的 9 0 逐 漸 提 升 到 2 01 2年1月 以 后 的 9 8 以 上 的 穩(wěn) 定 狀 態(tài) ( 如 圖 8所 示 ) 。2 0 1 1初 開 始 ， 我 們 嘗 試 采 取 O DAS數(shù) 據(jù) 分 析 軟 件 對(duì) 下 線 加 工 尺 寸 進(jìn) 行 分 析 查 找 出 問 題 所 在 ， 并 進(jìn) 行 實(shí) 際 問 題 的 解 決 。 經(jīng) 過(guò) 實(shí) 踐 證 明 ， 起 到 了 很 好 的 效 果 ， 對(duì) 于 F T O 的 提 升 ， 起 到 了 至 關(guān) 重 要 的 作 用 5 結(jié)束語(yǔ) 在 曲 軸 的 生 產(chǎn) 過(guò) 程 中 引 入 了 Q DAS數(shù) 據(jù) 分 析 軟 件 和 二 維 碼 追 蹤 系 統(tǒng) 對(duì) 曲軸 的 生 產(chǎn) 過(guò) 程 進(jìn) 行 跟 蹤 和 控 制 ， 生 產(chǎn) 實(shí) 踐 證 明 對(duì) 曲 軸 的 F T O 起 到 了 良好 的 促 進(jìn) 作 用 進(jìn) 一 步 提 高 了 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 并 使 企 業(yè) 獲 得 了 良好 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 參 考 文 獻(xiàn) 1 1 張建 國(guó)，蘇 多 ，劉英衛(wèi) 機(jī)械產(chǎn) 品的可靠性分 析與優(yōu) 化 l圓 2 0 13 1 2 3 M 北京 ： 電子工業(yè) 出版社 ， 2 0 0 9 姜威 0 一 D A S軟件在 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制 中的應(yīng)用及發(fā) 展 趨勢(shì) J 汽車工程 ， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 1 - 7 孫大煒 應(yīng)用 Q D A S C A ME R A C o n c e D t 提升企業(yè)精益 生 產(chǎn)水平 基于工業(yè) 產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù) 的績(jī)效評(píng) 價(jià)系統(tǒng)開發(fā)與運(yùn) 用 J 汽車與配件 ， 2 0 0 9 ( 1 0 ) 4 4 4 5 潘繼財(cái) 二維條碼技術(shù) 與應(yīng)用淺 析 J 商 業(yè)科技 ， 2 0 0 9 ( 9) ： 3 5 0 3 5 4 趙維滿 曲軸的生產(chǎn)過(guò)程設(shè)計(jì)及其 質(zhì)量控制分析 D 陜 西 ： 西安交通大學(xué) ， 2 0 0 9 趙凱 何楨 趙永滿 曲軸生 產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量 控制與診 斷體 系 構(gòu)建 f J 汽車技術(shù) ， 2 0 1 1 ( 8 ) ： 6 0 6 3 孫愛民 劉作梅 韋炫丞 ， 等 曲軸生產(chǎn)線的質(zhì)量控制和提 升方法 J 汽車制造業(yè) ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 2 8 3 1 孫海濤 曲軸加工工藝優(yōu)化 的分析與實(shí)施 J 汽車制造業(yè) ， 2 0 0 9 ( 1 5 ) ： 3 2 3 4 ( 編 輯 小前 ) 機(jī)械制造 5 1 卷 第5 8 1 期 i ， J l卜l 的 應(yīng) 用 受 到 一 定 程 度 的 限 制 7 3 。此 外 ， 上 述 兩 種 方 法 在 使 用 過(guò) 程 中 都 是 以產(chǎn) 品 的 詳 細(xì) 生 產(chǎn) 工 藝 過(guò) 程 為 前 提 涉 及 產(chǎn) 品 的 結(jié) 構(gòu) 特 征 、 詳 細(xì) 加 工 工 序 、 生 產(chǎn) 設(shè) 備 、 工 藝 參 數(shù) 甚 至 加 工 型 面 、 刀 具 、 加 工 余 量 、 走 刀 路 線 等 眾 多 方 面 不 僅 需 要 使 用 者 具 有 深 厚 的 生 產(chǎn) 工 藝 方 面 知 識(shí) 還 需 要 有 大 量 的 實(shí) 際 工 作 經(jīng) 驗(yàn) 且 使 用 復(fù) 雜 、計(jì) 算 量 大 、 易 出 差 錯(cuò) 本 文 針 對(duì) 目前 零 件 的 機(jī) 械 加 工 工 時(shí) 預(yù) 測(cè) 方 法 存 在 的 局 限 性 以 飛 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 件 為 典 型 研 究 對(duì) 象 通 過(guò) 分 析 零 件 結(jié) 構(gòu) 性 能 、 加 工 工 藝 等 特 點(diǎn) ， 提 出 了 一 種 基 于 S L F M 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 的 零 件 數(shù) 控 加 工 工 時(shí) 估 算 方 法 。 該 方 法 在 實(shí) 際 使 用 中 只 需 了 解 航 空 產(chǎn) 品 的 基 本 結(jié) 構(gòu) 和 工 藝 特 征 等 指 定 特 征 信 息 無(wú) 需 掌 握 每 個(gè) 零 件 的 詳 細(xì) 加 工 工 序 和 加 工 參 數(shù) 即 可 對(duì) 飛 機(jī) 零 件 工 時(shí) 進(jìn) 行 快 速 估 算 。 括 加 工 面 的 孔 、 槽 、 筋 、 輪 廓 等 多 種 特 征 類 型 ： 加 工 信 息 體 現(xiàn) 了 零 件 數(shù) 控 加 工 所 采 用 的 工 藝 及 工 藝 參 數(shù) 包 括 所 采 用 的數(shù) 控 設(shè) 備 、 加 工 設(shè) 備 組 合 形 式 、 加 工 工 藝 參 數(shù) 等 顯 著 影 響 加 工 工 時(shí) 的 多 項(xiàng) 因 素 1 _ 3飛 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 件 數(shù) 控 加 工 工 時(shí)估 算 特 點(diǎn) 從 上 述 分 析 可 見 影 響 數(shù) 控 加 工 工 時(shí) 的 特 征 參 數(shù) 較 多 且 各 特 征 參 數(shù) 對(duì) 工 時(shí) 的影 響 方 式 不 同 有 些 可 以 用 線 性 關(guān) 系 描 述 而 更 多 的 則 無(wú) 法 采 用 線 性 關(guān) 系 描 述 如 零 件 截 面 形 狀 、 零 件 毛 坯 種 類 等 。 另 一 方 面 各 特 征 參 數(shù) 之 間 還 存 在 不 同 程 度 的 耦 合 效 應(yīng) 如 不 同材 料 的 零 件 對(duì) 加 工 設(shè) 備 、 加 工 參 數(shù) 等 加 工 信 息 有 著 重 大 影 響 。 可 見 各 特 征 參 數(shù) 對(duì) 零 件 工 時(shí) 的 影 響 呈 現(xiàn) 出 典 型 的 非 線 性 關(guān) 系 采 用 一 般 的 線 性 數(shù) 學(xué) 模 型 難 以 對(duì) 其 準(zhǔn) 確 求 解 1 飛機(jī)結(jié)構(gòu)件及其數(shù)控加工工時(shí)估算的特點(diǎn) 2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控加工工時(shí)估算模型 1 1 飛 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 件 特 點(diǎn) 及 分 類 飛 機(jī) 零 件 與 一 般 工 業(yè) 產(chǎn) 品 的 零 件 不 同 其 具 有 種 類 繁 多 、 復(fù) 雜 程 度 高 的 普 遍 特 點(diǎn) 。 往 往 一 架 飛 機(jī) 就 有 不 同 種 類 的 機(jī) 加 工 零 件 幾 千 項(xiàng) 到 幾 萬(wàn) 項(xiàng) 隨 著 飛 機(jī) 工 業(yè) 的 不 斷 發(fā) 展 飛 機(jī) 整 體 性 逐 漸 加 強(qiáng) ， 結(jié) 構(gòu) 件 復(fù) 雜 程 度 也 大 大 提 高 。 大 量 飛 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 件 采 用 數(shù) 控 加 工 方 法 生 產(chǎn) 。 根 據(jù) 不 同 機(jī) 種 的 各 類 數(shù) 控 加 工 結(jié) 構(gòu) 件 的 特 征 、加 工 工 藝 以 及 數(shù) 控 加 工 工 時(shí) 的 統(tǒng) 計(jì) 資 料 ， 結(jié) 構(gòu) 件 的 應(yīng) 用 功 能 、 結(jié) 構(gòu) 形 狀 、 材 料 毛 坯 、 尺 寸 大 小 和 加 工 方 法 等 都 具 有 不 同 的 特 征 但 是 也 具 有 一 定 的共 性 。 根 據(jù) 飛 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 件 功 能 、 特 征 和 加 工 工 藝 等 方 面 的 共 性 依 據(jù) 成 組 技 術(shù) 和 相 似 性 原 則 ， 結(jié) 合 飛 機(jī) 生 產(chǎn) 企 業(yè) 實(shí) 際 情 況 ， 本 文 將 飛 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 件 劃 分 為 框 類 、 梁 類 、 整 體 壁 板 類 、 接 頭 類 等 零 件 類 型 。 1 2飛 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 件 數(shù) 控 加 工 工 時(shí) 影 響 因 素 通 過(guò) 對(duì) 航 空 生 產(chǎn) 企 業(yè) 數(shù) 控 加 工 車 間 的 現(xiàn) 場(chǎng) 調(diào) 研 以 及 資 料 分 析 ?？?將 影 響 零 件 數(shù) 控 加 工 工 時(shí) 的 因 素 分 為 兩 大 類 ： 一 是 零 件 本 身 的 因 素 ， 包 括 零 件 復(fù) 雜 程 度 、 材 料 、 采 用 毛 坯 形 式 、 結(jié) 構(gòu) 形 狀 ( 所 包 含 的 孔 、 槽 等 形 狀 特 征 ) 、 尺 寸 、 加 工 精 度 、 批 次 產(chǎn) 量 等 ； 二 是 加 工 方 面 的 因 素 包 括 加 工 方 式 、 加 工 設(shè) 備 及 其 組 合 方 式 、 生 產(chǎn) 工 序 、 加 工 參 數(shù) 、 刀 具 、 換 刀 次 數(shù) 、 加 工 余 量 設(shè) 置 、 工 人 操 作 熟 練 程 度 、 產(chǎn) 品 報(bào) 廢 情 況 等 。 詳 細(xì) 分 析 上 述 影 響 數(shù) 控 加 工 工 時(shí) 的 因 素 本 文 從 盡 快 得 出 數(shù) 控 加 工 工 時(shí) 的 角 度 出 發(fā) 。在 兼 顧 零 件 不 同 功 能 和 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 、 加 工 工 藝 兩 大 方 面 的 同 時(shí) 把 影 響 零 件 工 時(shí) 的 諸 多 因 素 進(jìn) 行 綜 合 歸 納 并 加 以典 型 化 ，可 以 簡(jiǎn) 化 為 零 件 種 類 、 零 件 截 面 形 狀 、 加 工 面 形 狀 特 征 、 材 料 種 類 、 毛 坯 形 式 、 零 件 尺 寸 、 加 工 信 息 共 7類 特 征 參 數(shù) 其 中 ， 加 工 面 形 狀 特 征 表 征 著 零 件 的 復(fù) 雜 程 度 ， 包 機(jī)械制造 5 1 卷 第$ 8 1 期 2 1人 工神 經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 介 紹 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò)( Ar t i f i c i a l N e u r a l Ne t wo r k s ANN) 是 近 年 來(lái) 新 興 的一 種 模 擬 人 腦 及 其 活 動(dòng) 的 理 論 化 數(shù) 學(xué) 模 型 ， 由 多 個(gè) 簡(jiǎn) 單 的 處 理 單 元 ( 或 稱 神 經(jīng) 元 ) 彼 此 按 照 某 種 方 式 相 互 連 接 形 成 一 個(gè) 復(fù) 雜 的 網(wǎng) 絡(luò) 系 統(tǒng) 從 而 建 立 輸 入 與 輸 出 之 間 的 映 射 關(guān) 系 適 用 于 求 解 非 線 性 問 題 。 因此 。 本 文 采 用 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 建 立 飛 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 件 數(shù) 控 加 工 工 時(shí) 估 算 模 型 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 的 工 作 過(guò) 程 主 要 由 兩 個(gè) 階 段 組 成 前 一 個(gè) 階段 是 學(xué) 習(xí) ( 訓(xùn) 練 ) 過(guò) 程 此 階 段 執(zhí) 行 學(xué) 習(xí) 規(guī) 則 通 過(guò) 獲 得 穩(wěn) 定 的 權(quán) 值 矩 陣 來(lái) 準(zhǔn) 確 反 映 輸 入 與 輸 出 之 間 的 映 射 關(guān) 系 。 后 一 階段 是 工 作 過(guò) 程 ， 在 各 連 接 權(quán) 值 已 經(jīng) 固 定 的 情 況 下 錄 入 新 的 輸 入 信 息 系 統(tǒng) 可 以得 出 映 射 的 輸 出 結(jié) 果 。 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 從 結(jié) 構(gòu) 上 可 分 為 輸 入 層 和 輸 出層 每 個(gè) 因 變 量 對(duì) 應(yīng) 于 輸 入 層 中 的 一 個(gè) 輸 入 節(jié) 點(diǎn) 目標(biāo) 變 量 則 對(duì) 應(yīng) 于 輸 出 層 節(jié) 點(diǎn) 有 些 網(wǎng) 絡(luò) 系 統(tǒng) 在 輸 入 層 和 輸 出層 之 間 還 存 在 隱 含 層 隱 含 層 對(duì) 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 的 使 用 者 來(lái) 說(shuō) 是 不 可 見 的 隱 含 層 的 層 數(shù) 以及 每 層 節(jié) 點(diǎn) 的 個(gè) 數(shù) 決 定 了 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 的 復(fù) 雜 程 度 2 2 數(shù) 控 加 工 工 時(shí) 估 算 模 型 根 據(jù) 前 述 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 的 工 作 過(guò) 程 以 及 數(shù) 控 加 工 零 件 工 時(shí) 估 算 系 統(tǒng) 的 輸 入 輸 出 需 求 工 時(shí) 估 算 模 型 的 主 要 框 架 與 計(jì) 算 流 程 如 圖 1所 示 圖 l中 以準(zhǔn) 確 可 靠 的 典 型 零 件 的 樣 本 作 為 學(xué) 習(xí) 階 段 流 程 將 待 估 算 零 件 的計(jì) 算 流 程 作 為 工 作 階 段 流 程 零 件 信 息 即 為 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 系 統(tǒng) 的 輸 入 節(jié) 點(diǎn) 參 數(shù) 通 過(guò) 對(duì) 我 國(guó)不 同 機(jī) 種 數(shù) 控 加 工 零 件 的 特 征 、加 工 工 藝 以 及 數(shù) 控 加 工 工 時(shí) 的 分 析 與 研 究 把 前 述 分 析 獲 得 的影 響 數(shù) 控 加 工 工 時(shí) 的 特 征 參 數(shù) 作 為 網(wǎng) 絡(luò) 系 統(tǒng) 的 輸 入 參 數(shù) 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 系 統(tǒng) 的 輸 出 層 參 數(shù) 為 該 模 型 的 目標(biāo) 變 量 2 0 1 3 1圓 (典型零件數(shù)據(jù)庫(kù) ) - - - - - - - - - 一 按相似性原則 分組 載入典型零件 信息 確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 與網(wǎng)絡(luò)參數(shù) A N N網(wǎng)絡(luò)訓(xùn) 練 保存訓(xùn)練結(jié)果 、 權(quán)值矩陣 Y 判斷計(jì)算零件 信息是否可靠 新 零 件 信 息 l 匹配零件類別 N 圖 1 數(shù)控加工工時(shí)估算模型的系統(tǒng)框架與計(jì)算流程 即 零 件 加 工 工 時(shí) 。 3 S L F M神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)算 法 根 據(jù) 本 文 中 問 題 的 特 點(diǎn) 數(shù) 控 加 工 工 時(shí) 估 算 選 擇 S L F M 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 算 法( 有 監(jiān) 督 線 性 特 征 映 射 網(wǎng) 絡(luò) S u pe r v i s e d Li ne a r Fe a t u r e Ma pp i n g Ne t wo r k) 。 SL FM 是 一 個(gè) 2層 網(wǎng) 絡(luò) 在 輸 入 層 與 輸 出 層 之 間 沒 有 隱 含 層 網(wǎng) 絡(luò) 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 收 斂 速 度 快 ， 且 計(jì) 算 結(jié) 果 精 度 較 高 可 靠 性 強(qiáng) 。 S L F M 網(wǎng) 絡(luò) 采 用 線 性 分 度 式 輸 出 結(jié) 構(gòu) 輸 出 層 節(jié) 點(diǎn) 分 別 對(duì) 應(yīng) 于 連 續(xù) 量 的 不 同 估 計(jì) 值 在 網(wǎng) 絡(luò) 學(xué) 習(xí) 階 段 每 個(gè) 學(xué) 習(xí) 樣 本 對(duì) 應(yīng) 一 個(gè) 特 定 的 獲 勝 節(jié) 點(diǎn) 也 即 映 射 到 輸 出層 的 一 個(gè) 特 定 節(jié) 點(diǎn) 上 該 獲 勝 節(jié) 點(diǎn) 通 過(guò) 計(jì) 算 權(quán) 值 向 量 和 輸 入 模 式 的 歐 幾 里 得 ( E u c l i d ) 距 離 最 近 的 點(diǎn) 確 定 網(wǎng) 絡(luò) 的 最 優(yōu) 權(quán) 值 向量 通 過(guò) 采 用 獎(jiǎng) 罰 式 有 監(jiān) 督 學(xué) 習(xí) 算 法 得 到 。 獎(jiǎng) 罰 式 有 監(jiān) 督 學(xué) 習(xí) 算 法 的 主 要 內(nèi)容 為 ： 當(dāng) 輸 入 學(xué) 習(xí) 樣 本 后 若 獲 勝 節(jié) 點(diǎn) 與 期 望 節(jié) 點(diǎn) 相 符 則 對(duì) 獲 勝 節(jié) 點(diǎn) 實(shí) 施 獎(jiǎng) 勵(lì) ， 使 其 權(quán) 值 向量 向 輸 入 模 式 靠 近 ： 反 之 則 對(duì) 獲 勝 節(jié) 點(diǎn) 進(jìn) 行 懲 罰 使 其 權(quán) 值 向 量 遠(yuǎn) 離 輸 入 模 式 同 時(shí) 對(duì) 期 望 節(jié) 點(diǎn) 進(jìn) 行 獎(jiǎng) 勵(lì) 。 在 S L F M 網(wǎng) 絡(luò) 工 作 階 段 通 過(guò) 計(jì) 算 某 一 輸 入 模 式 的獲 勝 節(jié) 點(diǎn) 映 射 到 輸 出 層 的 一 個(gè) 特 定 節(jié) 點(diǎn) 上 從 而 獲 得 輸 出 結(jié) 果 8 - 9 S L F M 網(wǎng) 絡(luò) 拓 撲 結(jié) 構(gòu) 如 圖 2所 示 當(dāng) 將 其 應(yīng) 用 于 數(shù) 控 零 件 加 工 工 時(shí) 估 算 時(shí) 假 設(shè) 輸 入 層 有 n個(gè) 節(jié) 點(diǎn) 對(duì) 應(yīng) 于 數(shù) 控 零 件 的 n個(gè) 特 征 參 數(shù) ： 輸 出 層 有 P個(gè) 節(jié) 點(diǎn) 對(duì) 應(yīng) 于 數(shù) 控 零 件 工 時(shí) 的 不 同 估 計(jì) 值 若 輸 出層 工 時(shí) 范 圍 設(shè) 定 為 E t ， t ， t 可 以 從 0開 始 ， 相 鄰 輸 出 節(jié) 點(diǎn) 對(duì) 應(yīng) 工 時(shí) 值 之 差 稱 為 節(jié) 點(diǎn) 分 度 值 ， 則 有 t 2 = t 】 + A( p 一1 ) ； 采 用 l國(guó) 2 0 1 3 1 某 類 型 典 型 零 件 作 為 學(xué) 習(xí) 樣 本 樣 本 數(shù) 為 m 那 么 網(wǎng) 絡(luò) 系 統(tǒng) 具 體 學(xué) 習(xí) 過(guò) 程 如 下 所 述 ( 1 )從 典 型 零 件 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 中 讀 入 典 型 零 件 特 征 信 息 和 工 時(shí) 信 息 作 為 學(xué) 習(xí) 樣 本 對(duì) 并 將 零 件 特 征 信 息 進(jìn) 行 歸 一 化 處 理 后 作 為 S L F M 網(wǎng) 絡(luò) 的 輸 入 向量 ， 記 為 = ( 。 ， ： ， ， ) ， 與 之 對(duì) 應(yīng) 的 零 件 工 時(shí) 作 為 一 維 的 預(yù) 期 輸 出 向 量 ， 記 為 = t ， 其 中 t t ， t 。 ( 2) 初 始 化 權(quán) 值 矩 陣 w ， i = 1 ， 2 n =l ， 2 ， P； W ( 0， 1) 。 ( 3) 對(duì) 于 某 一 典 型 零 件 ， 計(jì) 算 輸 入 向 量 ( k =l ， 2， ，m) 與 各 輸 出 節(jié) 點(diǎn) 權(quán) 值 向 量 的 歐 氏 距 離 d 并 選 擇 歐 氏距 離 最 小 的 輸 出 節(jié) 點(diǎn) 作 為 獲 勝 節(jié) 點(diǎn) ； 同 時(shí) 計(jì) 算 預(yù) 期 輸 出值 對(duì) 應(yīng) 的 期 望 節(jié) 點(diǎn) d ： 、 ( 一 ) = 1 2 = mi n( d j k ) g 1 ， P d ： ； +1 ( 4) 調(diào) 整 網(wǎng)絡(luò) 權(quán) 值 。 若 獲 勝 節(jié) 點(diǎn) 與 期 望 節(jié) 點(diǎn) 相 符 ， 則 對(duì) 獲 勝 節(jié) 點(diǎn) 實(shí) 施 獎(jiǎng) 勵(lì) 使 其 權(quán) 值 向 量 向 輸 入 模 式 靠 近 ； 反 之 ， 則 對(duì) 獲 勝 節(jié) 點(diǎn) 進(jìn) 行 懲 罰 使 其 權(quán) 值 向量 遠(yuǎn) 離 輸 入 模 式 同 時(shí) 對(duì) 期 望 節(jié) 點(diǎn) 進(jìn) 行 獎(jiǎng) 勵(lì) 權(quán) 值 向 量 的修 正 公 式 為 ： 1 3 0 ( t ) ( x l - J gd r r 一 W ) ， g 式 中 ： 盧為 獎(jiǎng) 懲 系 數(shù) ， 根 據(jù) 實(shí) 際 需 要 取 = 0 6 ； ( t ) 為 權(quán) 值 向 量 修 正 函 數(shù) 是 迭 代 次 數(shù) 的 單 調(diào) 遞 減 函 數(shù) 取 ( f ) = 0 2( 1 - ) ； 、 分別表示期望節(jié)點(diǎn)和獲勝節(jié)點(diǎn) 的 權(quán) 值 修 正 域 。 權(quán) 值 修 正 域 是 迭 代 次 數(shù) 的 減 函 數(shù) ， 取 分 段 線 性 函數(shù) 為 修 正 域 函 數(shù) ( ) ： ( ) = 8( 1 - t t )t 0 5 t 4 ( 1 5 )0 5 t 0 7 t ( 2) p i n 0 0 7t t t 機(jī)械制造 5 1 卷 第 5 8 1 期 式 中 ： t 為 最 大 迭 代 循 環(huán) 次 數(shù) 。 f Nd = Ns ,= N ( t ) l 管 2 ( ) 1 f g fd - g f 2 e ( ) ( 3 ) ( 5 ) 輸 入 下 一 個(gè) 典 型 零 件 樣 本 ， 返 回 到 步 驟 ( 3) ， 直 到 m 個(gè) 樣 本 都 學(xué) 習(xí) 一 遍 后 網(wǎng) 絡(luò) 完 成 一 次 迭 代 。 ( 6 ) 計(jì) 算 網(wǎng)絡(luò) 誤 差 。對(duì) 于 所 有 典 型 零 件 樣 本 ， 求 零 件 工 時(shí) 最 大 偏 差 E 眥和 均 方 根 誤 差 ： E ra = ( ) ( 4 ) - ( T k g - - T k d ) ( 5) 若 上 述 兩 種 誤 差 不 能 滿 足 給 定 的 精 度 要 求 則 返 回 步 驟 ( 2) ， 進(jìn) 入 下 一 次 迭 代 循 環(huán) 。 直 到 其 中任 一 誤 差 滿 足 給 定 精 度 要 求 或 者 網(wǎng) 絡(luò) 循 環(huán) 達(dá) 到 最 大 迭 代 次 數(shù) 則 學(xué) 習(xí) 過(guò) 程 結(jié) 束 并 記 錄 下 此 時(shí) S L F M 網(wǎng) 絡(luò) 權(quán) 值 矩 陣 W 以 及 系 統(tǒng) 誤 差 E一 和 。 S L F M 網(wǎng) 絡(luò) 學(xué) 習(xí) 過(guò) 程 的 具 體 流 程 如 圖 3所 示 該 過(guò) 程 是 圖l所 示 框 架 流 程 中 “ ANN 網(wǎng) 絡(luò) 訓(xùn) 練 ” 的 具 體 內(nèi)容 。 當(dāng) S L F M 網(wǎng)絡(luò) 完 成 學(xué) 習(xí) 后 對(duì) 于 輸 入 的 某 一 零 件 特 征 信 息 ， 系 統(tǒng) 計(jì) 算 得 到 其 對(duì) 應(yīng) 的 獲 勝 節(jié) 點(diǎn) ， 則 該 零 件 對(duì) 應(yīng) 的 零 件 加 工 工 時(shí) 為 ： T g = t 1 +( 1) 一 般 情 況 下 ， t 從 0開 始 ， 此 時(shí) ： ( 1 ) 4 實(shí)施算例 基 于 以 上 研 究 本 文 以某 航 空 企 業(yè) 提 供 的 飛 機(jī) 數(shù) 控 加 工 結(jié) 構(gòu) 件 為 應(yīng) 用 算 例 采 用 S L F M 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 建 立 數(shù) 控 加 工 工 時(shí) 估 算 模 型 并 對(duì) 數(shù) 控 加 工 零 件 工 時(shí) 進(jìn) 行 快 速 估 算 ， 現(xiàn) 簡(jiǎn) 要 介 紹 模 型 實(shí) 施 效 果 。 首 先 對(duì) 企 業(yè) 提 供 的 數(shù) 控 加 工 零 件 進(jìn) 行 有 效 性 甄 表 1 典型零件數(shù)據(jù)類型分布別 ， 以 準(zhǔn) 確 性 、 具 有 代 表 性 和 零件類型 數(shù)據(jù) 數(shù)量 半框 1 6 整體框 l 9 短 梁 1 6 接頭 1 0 肋 2 7 整體壁板 2 0 總計(jì) 1 0 8 去 除 數(shù) 據(jù) 奇 異 點(diǎn) 為 原 則 共 獲 得 典 型 零 件 數(shù) 據(jù)1 0 8條 涵 蓋 6個(gè) 零 件 類 型 具 體 數(shù) 據(jù) 分 布 如 表1所 示 將 上 述 零 件 信 息 導(dǎo) 入 本 系 統(tǒng) 典 型 零 件 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 根 據(jù) 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 模 型 的 一 般 規(guī) 則 隨 機(jī) 選 取8 0 的 典 型 零 件 作 為 訓(xùn) 練 樣 本 對(duì) S L F M 網(wǎng) 絡(luò) 進(jìn) 行 訓(xùn) 練 并 保 存 訓(xùn) 練 結(jié) 果 訓(xùn) 練 參 數(shù) 根 據(jù) 各 零 件 類 型 的 具 體 情 況 設(shè) 定 。 選 取 剩 余 2 0 典 型 零 件 作 為 測(cè) 試 樣 本 對(duì) 本 系 統(tǒng) 計(jì) 算 結(jié) 果 進(jìn) 行 仿 真 檢 驗(yàn) ， 檢 驗(yàn) 結(jié) 果 如 表 2所 示 。 由 表 2可 見 ， 在 隨 機(jī) 測(cè) 試 情 況 下 ， 本 系 統(tǒng) 計(jì) 算 得 到 機(jī)械制造 5 1 卷 第 5 8 1 期 的 零 件 工 時(shí) 與 實(shí) 際 情 況 的 誤 差 基 本 在1 0 以 下 7 0 以 上 的 零 件 計(jì) 算 結(jié) 果 相 對(duì) 誤 差 在 5 1 A下 。 未 來(lái) ， 隨 著 典 型 零 件 數(shù) 量 及 多 樣 性 的 不 斷 增 加 ， 系 統(tǒng) 計(jì) 算 精 度 還 會(huì) 進(jìn) 一 步 提 高 。 5結(jié)束語(yǔ) 對(duì) 數(shù) 控 加 工 零 件 工 時(shí) 進(jìn) 行 估 算 時(shí) 各 特 征 參 數(shù) 對(duì) 零 件 工 時(shí) 的 影 響 是 一 種 典 型 的 非 線 性 關(guān) 系 并 且 各 影 響 因 素 之 間存 在 著 不 同程 度 的 耦 合 效 應(yīng) 采 用 一 般 的 線 性 模 型 難 以 對(duì) 其 準(zhǔn) 確 求 解 。而 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 模 型 在 解 決 多 參 數(shù) 非 線 性 和 參 數(shù) 間 耦 合 等 問 題 方 面 具 有 突 出 的 性 能 ， 非 常 適 用 于 本 課 題 中對(duì) 零 件 工 時(shí) 的 估 算 本 文 詳 細(xì) 論 述 了人 工 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 在 數(shù) 控 加 工 零 件 工 時(shí) 估 算 中 的 應(yīng) 用 ， 并 采 用 S L F M 網(wǎng) 絡(luò) 建 立 工 時(shí) 估 算 模 型 為 解 決 工 時(shí) 估 算 開 辟 了 新 的 途 徑 。 該 方 法 工 作 量 小 對(duì) 使 用 者 2 0 1 3 1 表 2系統(tǒng)仿真檢驗(yàn)結(jié)果 工時(shí) mi n 零件類 型 零件序號(hào) 相對(duì)誤差 實(shí)際工時(shí) 系統(tǒng)計(jì)算工時(shí) 1 5 6 5 5 6 5 O O 半框 2 1 0 1 9 5 - 5 9 3 1 41 2 1 31 -7 2 4 3 8 99 4 0 6 4 1 5 9 71 6 8 9 2 -8 2 整體框 6 6 0 8 5 6 2 -7 6 7 21 1 4 23 6 1 l _ 6 8 3 5 3 5 0O 短 梁 9 1 2 9 1 3 2 2 _ 3 1 0 1 8 6 1 8 - 3-2 1 l 7 8 7 7 6 - 3 4 接頭 1 2 1 2 4 7 1 2 1 - 3 0 l 3 9 8 1 O 1 5 3 6 1 4 1 7 1 7 5 2 9 肋 1 5 3 7 3 7 5 1 -4 1 6 2 2 21 ， 5 23 1 7 l 3 1 3 5 3 8 1 8 1 2 8 1 2 9 O_ 8 1 9 8 7 8 9 2 3 整體壁板 2 0 7 4 7 7 4 1 2 1 1 1 2 1 1 2 00 的 工 藝 水 平 和 實(shí) 際 經(jīng) 驗(yàn) 要 求 較 低 ， 計(jì) 算 速 度 快 ， 如 能 滿 足 所 需 要 的 精 度 要 求 則 較 適 合 在 咨 詢 設(shè) 計(jì) 項(xiàng) 目及 企 業(yè) 管 理 中使 用 。并 可 成 為 企 業(yè) 外 包 生 產(chǎn) 中談 判 、 制 定 價(jià) 格 的依 據(jù) 除 數(shù) 控 加 工 外 飛 機(jī) 制 造 過(guò) 程 中 涉 及 的 復(fù) 材 加 工 、 鈑 金 、 裝 配 等 其 它 工 種 或 生 產(chǎn) 流 程 ， 只 要 能 夠 合 理 論 證 選 取 影 響 產(chǎn) 品 零 件 工 時(shí) 的 特 征 因 素 都 可 以 根 據(jù) 本 文 提 出 的 方 法 建 立 工 時(shí) 估 算 模 型 因 而 這 種 方 法 在 工 程 咨 詢 和 企 業(yè) 生 產(chǎn) 管 理 中具 有 極 高 的 應(yīng) 用 價(jià) 值 。 參 考 文 獻(xiàn) 1 杜茂華 黃 亞字 ， 王學(xué) 軍C A P P系統(tǒng) 中機(jī)械 加工工時(shí)定額 子系統(tǒng) 的開發(fā) J 機(jī)械設(shè)計(jì) ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： l 0 1 2 2 朱歷新 劉誠(chéng)恪 計(jì)算 工時(shí)定額的神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng) 建模 與實(shí) 現(xiàn) J 航天制造技術(shù) ， 2 0 0 4 ( 2 ) ： 4 6 4 9 3 李 曉斌 ，譚 理剛 ，劉子建 C A P P中的工時(shí)定額 的計(jì)算研 究 J 同煤科技 ， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 3 - 4 4 黃喜 ， 王真星 C A P P中工時(shí)定額系統(tǒng)的研究與開發(fā) J 電 腦 開 發(fā) 與 應(yīng)用 ， 2 0 0 2 ( 9 ) ： 2 4 5 莊長(zhǎng)遠(yuǎn) 機(jī)械加工 工序工時(shí) 自動(dòng)計(jì)算方法 的研 究f J 成組 技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化 ， 1 9 9 6 ( 3 ) ： 2 9 3 2 6 姜曉鵬 ， 王潤(rùn)孝 ， 高琳 ， 等 計(jì)算機(jī)輔助1 二 時(shí)定額 系統(tǒng)中的 定 額測(cè)算 模型研 究 J 計(jì)算 機(jī)應(yīng) 用研 究 ， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 1 8 3 一 l 8 5 7 龔清洪 ， 夏雪梅 ， 牟文平 ， 等 基于加工特征 實(shí)例的零件工 時(shí)預(yù)測(cè)評(píng)估 J 工具技術(shù) ， 2 0 0 9 ( 3 ) 8 朱名銓 ， 蔡永霞 ， 鄧寅東 刀具磨 損估計(jì) 的多信號(hào)人 _ 【 神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)方法研究 J 工具技術(shù) ， 1 9 9 5 ( 1 1 ) 9 蔡永霞 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在刀具磨損量估計(jì)及監(jiān)控 中的應(yīng)用 D 西安 ： 西北工業(yè) 大學(xué) 1 9 9 7 ( 編 輯 功成 ) 2 0 1 3年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)演繹“ 產(chǎn) 業(yè)集成化 ” 中國(guó)展商積極拓展商機(jī) 作 為 世 界 最 大 的 工 業(yè) 博 覽 會(huì) 2 0 1 3漢 諾 威 工 業(yè) 博 覽 會(huì) ( HA NN O V E R ME S S E)將于今年 4月 8 1