外文翻譯--解決金屬切削問題的智能專家系統(tǒng)的開發(fā) 中文版

桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 1 頁 共 12 頁 解決金屬切削問題的智能專家系統(tǒng)的 開發(fā) 烏魯達(dá)大學(xué) ， 機(jī)械工程系， Gorukle16059，布爾薩，土耳其 于 2004 年 9 月 8 日收稿， 于 2005 年 1 月 31 日 接受 2005 年 3 月 21 日可在線 摘 要 在金屬切削 方面 ，這些問題需要有良好的分析，以便遇到任何意外的結(jié)果之前， 可以 采取 有效的 防范措施。這一 過程 在實(shí)現(xiàn) 產(chǎn)品 質(zhì)量穩(wěn)定和控制生產(chǎn)總成本 方面起很 重要的 作用。但是，需要 一個(gè) 擁有 在 金屬切削 方面有大量 經(jīng)驗(yàn) 和知識(shí)的 專家是一項(xiàng)艱巨的任務(wù) 。 在本 文 ， 智能專家系統(tǒng) （ COROSolve）調(diào)查 并解決了 在金屬切削領(lǐng)域遇 到的三個(gè)主要問題 ： 車削，銑削和 鉆孔。許多 金屬切削 方面的問題都被考慮在內(nèi)，如在 車削 過程中的工件 內(nèi)部插入轉(zhuǎn)折點(diǎn) ， 鋁 件 車削 ， 溝 槽車削， 螺紋車削 等工序 ； 在 銑削 方面 面銑，方肩銑，端銑，多用途銑和側(cè)銑 等工序；在 和鉆 孔 作業(yè)，使用 固定 或可轉(zhuǎn)位鉆頭鉆 孔等。COROSolve 可以 給出建議的切削參數(shù) 而且能及時(shí) 更新 在切削 問題， 產(chǎn)生 原因和補(bǔ)救措施等方面的 數(shù)據(jù)庫， 因此 系統(tǒng)能夠處理 的問題數(shù)量在 增加。 關(guān)鍵詞 ： 金屬切削問題 專家系統(tǒng) KBS 刀具磨損 1、引言 現(xiàn)代制造業(yè)的目標(biāo)是，在組織設(shè)施能夠進(jìn)行有效控制，以便能以在較短 生產(chǎn)周期內(nèi)以較低的生產(chǎn)價(jià)格制造出高質(zhì)量的產(chǎn)品 。為了實(shí)現(xiàn)能以較低的價(jià)格獲得更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，制造部門格關(guān)注采用更好的刀具和高精密的機(jī)械等 1。然而，在大多數(shù)情況下對(duì)于生產(chǎn)要求這是不夠的。專業(yè)的工作選擇正確的工具是重要的，但是為了更高效的制造，刀具磨損也應(yīng)考慮在內(nèi)。在文獻(xiàn)中，許多出版物上對(duì)于不同材料制造的刀具的磨損的確做了很多研究 2。 金屬切削是切削碎片的形成過程。雖然切削過程是把金屬切削成所規(guī)定的形狀和大小，但這必須通過定義切削碎片工作來完成。切削碎片的形成意味著一個(gè)新的金屬界面不斷形成并沿刀具材料承受著 非常高的壓力和溫度 3。所產(chǎn)生的區(qū)域成為發(fā)生金屬擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)的理想場所。所有刀具在加工過程中不斷變得破舊，并繼續(xù)這樣工作直到它們報(bào)廢。刀具磨損是不可避免的，如果能了解刀具磨損的時(shí)間，程度，類型時(shí)，刀具磨損就不再是一個(gè)消極的進(jìn)程。 在不同的金屬切削過程中存在著幾種不同的磨損機(jī)理，相近 不同類型的問題由于這些機(jī)制作用的結(jié)果而聯(lián)系交織在一起。如果這些問題能夠得到很好的分析，我們就有可桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 2 頁 共 12 頁 能找到其中每一種問題的正確的解決方案。 在分析金屬切削問題時(shí)這個(gè)問題應(yīng)當(dāng)明確界定，而且其可能的原因也應(yīng)該得到確認(rèn)。找一個(gè)擁有知識(shí) 和大量金屬切削經(jīng)驗(yàn)的專家是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。今天在金屬切削領(lǐng)域，關(guān)于解決切削碎片問題的專業(yè)設(shè)施主要由切削刀具生產(chǎn)企業(yè)提供。由于在這一領(lǐng)域工作的人是有限的，因此并不總是能夠找到真正需要的專家。在現(xiàn)有專家聘用費(fèi)用昂貴而且人員稀缺的領(lǐng)域中專家系統(tǒng)一直特別受歡迎。對(duì)于解決金屬切削問題專家系統(tǒng)將是非常有益的。 2、 專家系統(tǒng)在協(xié)助發(fā)展制造工藝上的應(yīng)用 基于知識(shí)的系統(tǒng)或?qū)＜蚁到y(tǒng)是一個(gè)體現(xiàn)狹窄領(lǐng)域的知識(shí)并解決該領(lǐng)域相關(guān)問題的計(jì)算機(jī)程序。專家系統(tǒng)通常包括兩個(gè)主要內(nèi)容，知識(shí)基礎(chǔ)和推理機(jī)制（圖 1）。 基礎(chǔ)知識(shí)包含一個(gè)可以表述 為由 IF - THEN規(guī)則、事實(shí)說明、框架、對(duì)象、程序和案件組合而成的知識(shí)領(lǐng)域。推理機(jī)制，是專家系統(tǒng)操縱存儲(chǔ)的知識(shí)并對(duì)遇到的生產(chǎn)問題提出解決方案的一個(gè)組成部分 4。 一個(gè)人類專家利用知識(shí)和推理最終得出的結(jié)論，專家系統(tǒng)也是如此。推理在專家系統(tǒng)試圖模仿結(jié)合人類專家的知識(shí)的過程中進(jìn)行。因此，專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或架構(gòu)有些類似于人類專家的執(zhí)行情況。因此，專家系統(tǒng)可以比喻成專家。 一個(gè)比較明顯的問題是規(guī)則的收集。人類專家聘用費(fèi)用高昂，而且并不想要坐下來寫關(guān)于他們是怎樣得出他們結(jié)論的那些大量的規(guī)則。更重要的一點(diǎn)，他們可 能也無法做到。雖然他們通常會(huì)遵循邏輯的路徑來得到他們的結(jié)論，但是把那些規(guī)則放入一套標(biāo)準(zhǔn)之中實(shí)際上是非常困難的，并且也許是不可能的。 對(duì)于許多人類專家下面這種情況是很可能的。雖然他們開始時(shí)有著自己的專業(yè)規(guī)則，但是在工作中通過自己的工作經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來開展自己的工作，并且通過直覺得出正確的解決方案。它們可能都跟隨邏輯路徑，但是在沿著這邏輯的路徑上，他們精神上已經(jīng)桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 3 頁 共 12 頁 跳過許多步驟。專家系統(tǒng)不能做到這一點(diǎn)，它需要很清楚的知道各種規(guī)則。 專家系統(tǒng)的一個(gè)很突出的好處是能夠廣泛把知識(shí)分發(fā)給每一個(gè)專家，或者可以同時(shí)匯總的幾個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)相隔 的幾個(gè)專家的知識(shí)。當(dāng)偶爾的執(zhí)行任務(wù)時(shí)專家系統(tǒng)特別有用，而專家每次執(zhí)行任務(wù)時(shí)則需要重新學(xué)習(xí)工作程序。 專家系統(tǒng)是用來規(guī)范操作的。如果你有三個(gè)機(jī)器操作員（或工程師）來執(zhí)行相同的任務(wù)，但是每個(gè)人都會(huì)做的不同。而專家系統(tǒng)則每次都可以用同樣的方式來工作。 這些系統(tǒng)可用于培訓(xùn)員工，指導(dǎo)他們，或進(jìn)行實(shí)際執(zhí)行如計(jì)算任務(wù)。專家系統(tǒng)的另一個(gè)用途是作為專家輔助您的工作。他們將使您能更準(zhǔn)確，更一致，更快，從而為專家能更創(chuàng)意的完成任務(wù)而節(jié)省了時(shí)間。當(dāng)處理乏味、重復(fù)的任務(wù)時(shí)這是特別有用的。 因此，一旦領(lǐng)域知識(shí)被專家系統(tǒng)提取，建設(shè)此系統(tǒng) 的過程比較簡單。能被發(fā)展的專家系統(tǒng)的易用性，導(dǎo)致了刀具廣泛應(yīng)用。在工程，可以找到在各種任務(wù)上的應(yīng)用，包括選料，機(jī)械零件，刀具，設(shè)備和工藝，信號(hào)解釋，狀態(tài)監(jiān)測，故障診斷，機(jī)器和過程控制，機(jī)械設(shè)計(jì)，工藝規(guī)劃，生產(chǎn)調(diào)度和系統(tǒng)配置。最近專家系統(tǒng)所執(zhí)行的一些具體任務(wù)的例子如下： (1)確定和規(guī)劃離岸結(jié)構(gòu)重要組成部分的檢查時(shí)間表 5； (2)在設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)能源熱電廠方面培訓(xùn)技術(shù)人員 6； (3)配置輸紙機(jī)構(gòu) 7； (4)在有限元分析鍛造變形時(shí)自動(dòng)重新嚙合 8； (5)存儲(chǔ)，檢索和修改平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9； (6)應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)油產(chǎn)品的添加劑配方設(shè)計(jì) 10； (7)選擇刀具和切削參數(shù) 11-13； 有幾個(gè)潛在的研究領(lǐng)域肯定了專家系統(tǒng)在制造業(yè)方面價(jià)值 14， 15 Kojiyama et al 16在其文章中討論了關(guān)于加工操作規(guī)劃的系統(tǒng)框架。在此框架中從電子刀具目錄和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的加工實(shí)例數(shù)據(jù)庫中提取和組織的加工技術(shù)訣竅了發(fā)揮了主要作用。在有參考的情況下可以構(gòu)成加工數(shù)據(jù)，這些加工數(shù)據(jù)來自翻查的刀具目錄，相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)，參考教材和手冊(cè)。 桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 4 頁 共 12 頁 在一般車削和銑削時(shí)， Mookherjee 和 Bhattacharyya 11在專家系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)于解決制造工程師目前所面臨的 CAD和各類數(shù)控加工中心一體化過程中遇到的一些挑戰(zhàn)性問題是非常有用的。 Jiang et al. 17開發(fā)了一種優(yōu)化棱鏡組件加工業(yè)務(wù)的專家系統(tǒng)。他們描述了一種新的 GT 編碼方案用于代表待加工得棱鏡組件表面。 Limsombutanan 18在可以作為霍隆的 5 軸曲面加工過程中提出了一個(gè)用來選擇刀尺寸和工具方向的算法。銑削表面分為三個(gè)階段，即粗加工，半粗加工 和精加工。該算法在曲率分析的基礎(chǔ)上選擇最佳的刀具并且在立方（凹 -凸）表面上自主的計(jì)劃刀具路徑。本文的主要目的是建立這種涵蓋了主要的金屬切削問題的系統(tǒng)，并幫助那些參與金屬切削工作的人們提高產(chǎn)品質(zhì)量。 桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 5 頁 共 12 頁 3、 專家系統(tǒng)在解決金屬切削問題上的應(yīng)用 3.1 解決金屬切削問題時(shí)應(yīng)考慮的因素 在金屬切削過程中大部分問題是磨損的結(jié)果。所有刀具在加工過程中不斷變得破舊，并繼續(xù)這樣工作直到它們報(bào)廢。刀具磨損是不可避免的，如果能了解刀具磨損的時(shí)間，程度，類型時(shí)，刀具磨損就不再是一個(gè)消極的進(jìn)程。因此，如果對(duì)刀具磨損所導(dǎo)致 的問題以及其他不利于機(jī)械加工業(yè)務(wù)的有害因素進(jìn)行了分析，我們就有可能找到其中個(gè)個(gè)問題的正確解決方案。這將減少非生產(chǎn)性故障的檢查時(shí)間，因此，減少了加工時(shí)間、非生產(chǎn)性停工時(shí)間、加工費(fèi)用并且提高生產(chǎn)效率。在解決金屬切削加工問題時(shí)所使用的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 1。通過軟件需要考慮的輸入列于圖 2。 桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁 共 12 頁 3.2 COROSolve 的特點(diǎn) 該軟件已開發(fā)利用 Delphi 可視化編程語言。而建立一個(gè)咨詢系統(tǒng)的主要困難在獲取和研究在解決方案中使用的要素。根據(jù)目前在解決金屬切削問題上的設(shè)計(jì)，一旦選中操作類型，對(duì)于每個(gè)類型的操作的四 個(gè)主要階段已經(jīng)確定： (1)切削數(shù)據(jù)的建議。 (2)問題的定義。 (3)切割數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)。 (4)問題的匯總。 3.2.1、 切削數(shù)據(jù)的建議 在加工過程中刀具的正確選擇是實(shí)現(xiàn)最大的生產(chǎn)力的關(guān)鍵。但是，雖然工具是正確的，如果加工條件不符合標(biāo)準(zhǔn)，特別是在切削參數(shù)一般穩(wěn)定，問題將會(huì)出現(xiàn)而且刀具的最佳壽命將無法達(dá)成。切削參數(shù)不正確，刀柄、夾緊的振動(dòng)和缺乏剛性這些都是金屬切削的主要問題。 除了解決問題該軟件對(duì)每個(gè)操作類型（業(yè)務(wù)類型如前所述）、每個(gè)材料組 (ISO P, M or K), 每個(gè)應(yīng)用類型（粗，中，完成 ）、每加工條件類型（好，一般，困難）提供切削數(shù)據(jù)的建議并且顯示如圖 4 的可用插入列表。在這里不是為了找到應(yīng)用程序的最合適的插入點(diǎn)但是監(jiān)測金屬切削中使用的插入的初始值和切削參數(shù)的工作范圍（即切削速度，進(jìn)給量和切削深度）。在這個(gè)階段決定的合適的等級(jí)與所選操作，材料組，應(yīng)用程序等有關(guān)。此外，個(gè)個(gè)材料組的材料清單能夠清楚的看到。 桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁 共 12 頁 推薦切削參數(shù)值取自 Sandvik Coromant20，其他廠商的刀具切削參數(shù)可作為建議的值。切削數(shù)據(jù)顯示值是在一定的材料硬度和一定的刀具壽命下得到的。對(duì)于任何工件材料跟指 定的值相比具有不同的硬度值而且如果刀具壽命超過 15 分鐘，提供的切削數(shù)據(jù)應(yīng)乘以修正系數(shù)（見表 1）。 3.2.2、 分析金屬切削問題 目前有在金屬切削過程 中存在 多種不同 /類似的問題。表面上看這些問題有些是相同的， 但是 很難 相區(qū)分 開來。 問題類型的分類 已經(jīng)形成評(píng)估加工操作的重要基礎(chǔ) ，它 通過獲取 刀 具等級(jí) 以及適合切削類型材料 類型的正確 的 加工條件 而優(yōu)化了生產(chǎn)力。 正確的工具，良好的出發(fā)切削數(shù)據(jù)，專家的支持下，自己的經(jīng)驗(yàn)，工件的材料和優(yōu)質(zhì) 的 設(shè)備條件 是 加工成功的重要因素。 對(duì) 各種工具制造商問題清單 的聚合進(jìn)行 歸類形成了 可由 軟件使用 的 KBS。 用戶分析金屬切削 問題時(shí)要么 在一個(gè)或兩個(gè) 階段 之一 ： 從菜單中直截了當(dāng)?shù)奶暨x出定義 的 問題 或者首先 檢查金屬切削過程中使用 的切削 數(shù)據(jù) ， 之后 訪問 定義的問題 。 問題定義 模塊 顯示問題的清單， 包括 其可能的原因及補(bǔ)救措施 。 一旦選定一個(gè)問題（例如，后刀面磨損 的 轉(zhuǎn)折 點(diǎn) 或在鉆 深孔是的轉(zhuǎn)頭的跳動(dòng) ），一張圖片，清楚的提供了問題 的 界桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁 共 12 頁 定和 其 可能原因 的 列表。因此一旦選擇 了 可能的原因 就 確定 了相應(yīng)的 補(bǔ)救措施 。 更多 與該 問題 有關(guān) 的信息 通過點(diǎn)擊 “？”獲得（圖 5）。 3.2.3、 切削數(shù)據(jù)評(píng)估 在金屬切削 過程中 ，大部分的問題是切削數(shù)據(jù)不 合適應(yīng)用程序的結(jié)果 。 因此，在這些問題直接 列出之前 ，用戶 被建議 檢查操作，應(yīng)用程序和加工條件 的 切削參數(shù)以確定是否切削速度，進(jìn)給量和切削深度 是否與事先插入的 長度，厚度和 圓角 半徑 相符。 切削數(shù)據(jù) 模塊 檢查在 運(yùn)行 中的切削參數(shù) 是否與 插入 的相符而且 這項(xiàng)工作基本上是與理想的切削數(shù)據(jù)值進(jìn)行比較 ，理想的切削數(shù)據(jù)值是 目錄值和校正因子的 乘積。 如果 不相符 （這意味著切削參數(shù)的值不在范圍內(nèi)），用戶應(yīng) 修正 切削參數(shù) 。 在銑削和鉆孔只有切削速度和進(jìn)給速度值 被考慮，在鉆孔時(shí)鉆頭直徑和鉆頭中心或周邊的等級(jí)被考慮在內(nèi) （圖 6）。 在圖中 對(duì)中型鋼（ L 代表輕型， M 代表中型， H 代表中型 銑削操作 ） 面銑的 切削參數(shù)被評(píng)估 ，由于 使用 價(jià)值 遠(yuǎn) 低于 由 給定硬度和刀具壽命計(jì)算 的 理想值 ，則就會(huì)顯示警告。 桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁 共 12 頁 一旦切削數(shù)據(jù) 被 審查（和糾正），下一個(gè)步驟 就是 訪問這個(gè)問題的定義 模塊。 由于切削數(shù)據(jù) 被 修正 ， 原因 列表 和補(bǔ)救措施 將會(huì) 不同 而且“ 切削速度過高 ” 或者“進(jìn)給量太低” 將不會(huì) 是 有關(guān)問題 產(chǎn)生的 根源。 該軟件能夠 在各種 業(yè)務(wù)類型 中 分析超過 100 多種 問題，并 對(duì)近 200 個(gè)問題 原因提供補(bǔ)救措施（ 340 補(bǔ)救措施）。他系統(tǒng)中包含的知識(shí) 有 兩個(gè)主要來源： 從事 金屬切削領(lǐng)域的專家 或者來自于 技術(shù)文件，目錄 和各種 刀具生產(chǎn)公司的 手冊(cè) 21， 22， 23， 24和 25。 3.2.4、 問題編輯 系統(tǒng)中包含的知識(shí) 有 兩個(gè)主要來源： 從事 金屬切削領(lǐng)域的專家 或者來自于 技術(shù)文件，目錄 和各種刀具生產(chǎn)公司的 手冊(cè) 。 一個(gè)專家系統(tǒng)的成功 之處隱藏在像人類專家一樣的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)當(dāng)中。人類專家遇到 每 一次 新的解決方案 時(shí)都 增加了他的知識(shí) 并且 在未來分析 時(shí)能再 利用這些知識(shí)。因此， COROSolve 有一個(gè)可擴(kuò)展增長的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)， 它能 處理每天 越來越多的問題。 由于系統(tǒng)有單獨(dú)的和模塊化的知識(shí)基礎(chǔ) ， 只要 進(jìn)入 到數(shù)據(jù)庫編輯獲得知識(shí)文件 就可以很 容易的更新系統(tǒng) 。 系統(tǒng)包含的信息 越多 ，它能夠處理 的 金屬切削 方面 的問題 就越多。 知識(shí)庫是系統(tǒng)的核心，因此，負(fù)責(zé)生產(chǎn) 、 添加 、 刪除或修改是 那些 少數(shù)人的任務(wù) 。 因此，用戶需要知道密碼才能進(jìn)入的知識(shí) 庫 。問題編輯允許 和 問題，原因和補(bǔ)救 措施相關(guān)的 問題，圖片和資料檔案 添加到知識(shí)庫。 此外， 還 有可能增加新的問題原因或 原本已 存在知識(shí) 庫中的問題原因的 新的補(bǔ)救辦法（圖 7） 。 桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁 共 12 頁 該系統(tǒng)是多語言，因此它能夠處理無論 是 土耳其文 還是 英文的金屬切削的問題 。 一旦確定語言 被確定 ，所有程序菜單和問題，原因 及 補(bǔ)救措施清單 都用所 選擇的語言顯示出來 。 4、 結(jié)論 本文介紹了 一種為解決各種加工操作任務(wù) 中 金屬切削問題的專家系統(tǒng) 。 由于在 許多文獻(xiàn)中沒有很多關(guān) 于 此主題 的 工作 也 因?yàn)檫@種類型的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多 種 金屬切削業(yè)的要求 ， 這里所描述的工作可以 認(rèn)為是 一件有益的工作 。 在制造業(yè)，特別是在小型或中型加工車間 ，切削數(shù)據(jù)是不正確 是 問題的主要原因。工具一般 以 較低的切削數(shù)據(jù)運(yùn)行 來使他們?cè)陬l繁的啟動(dòng)中能維持較長的壽命。 這就顯然是 低效率的利用 金屬切削時(shí)間。由于系統(tǒng)提供 的便利 之一 便是 評(píng)估的切削參數(shù) ， 這將幫助用戶 為應(yīng)用程序 選擇合適的速度，進(jìn)給量 或切削深度。如果切削數(shù)據(jù)是正確的 而且 金屬切削問題 也得到 解決 ， 由于發(fā) 生故障 而引起 的停頓將縮短，良好的利用發(fā)電能力 的目的將可以達(dá)到而且 金屬 得 切削時(shí)間 將會(huì)有所減少 。 這 就 意味著生產(chǎn)成本 將會(huì)下 降很多 。 該系統(tǒng)開發(fā) 也為了培訓(xùn)從事 金屬切削業(yè) 的人。 這些照片和有關(guān)問題的資料 將會(huì) 幫助用戶更多 的 認(rèn)識(shí)了解他們。這些圖片和信息 收集于應(yīng)用于 工業(yè) 的 各種手冊(cè)和 研究報(bào)告 。 桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 11 頁 共 12 頁 參考文獻(xiàn) 1 Modern metal cutting. 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