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（論文）報告用紙 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 擁有 在 金屬切削 方面有大量 經(jīng)驗 和知識的 專家是一項艱巨的任務(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 ， 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 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)價格制造出高質(zhì)量的產(chǎn)品 。為了實現(xiàn)能以較低的價格獲得更優(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廢。刀具磨損是不可避免的，如果能了解刀具磨損的時間，程度，類型時，刀具磨損就不再是一個消極的進(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（論文）報告用紙 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這個問題應(yīng)當(dāng)明確界定，而且其可能的原因也應(yīng)該得到確認(rèn)。找一個擁有知識 和大量金屬切削經(jīng)驗的專家是一項艱巨的任務(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 基于知識的系統(tǒng)或?qū)＜蚁到y(tǒng)是一個體現(xiàn)狹窄領(lǐng)域的知識并解決該領(lǐng)域相關(guān)問題的計算機(jī)程序。專家系統(tǒng)通常包括兩個主要內(nèi)容，知識基礎(chǔ)和推理機(jī)制（圖 1）。 基礎(chǔ)知識包含一個可以表述 為由 IF - THEN規(guī)則、事實說明、框架、對象、程序和案件組合而成的知識領(lǐng)域。推理機(jī)制，是專家系統(tǒng)操縱存儲的知識并對遇到的生產(chǎn)問題提出解決方案的一個組成部分 4。 一個人類專家利用知識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。 一個比較明顯的問題是規(guī)則的收集。人類專家聘用費用高昂，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，他們可 能也無法做到。雖然他們通常會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)之中實際上是非常困難的，并且也許是不可能的。 對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)驗知識來開展自己的工作，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（論文）報告用紙 第 3 頁 共 12 頁 跳過許多步驟。專家系統(tǒng)不能做到這一點，它需要很清楚的知道各種規(guī)則。 專家系統(tǒng)的一個很突出的好處是能夠廣泛把知識分發(fā)給每一個專家，或者可以同時匯總的幾個遠(yuǎn)遠(yuǎn)相隔 的幾個專家的知識。當(dāng)偶爾的執(zhí)行任務(wù)時專家系統(tǒng)特別有用，而專家每次執(zhí)行任務(wù)時則需要重新學(xué)習(xí)工作程序。 專家系統(tǒng)是用來規(guī)范操作的。如果你有三個機(jī)器操作員（或工程師）來執(zhí)行相同的任務(wù)，但是每個人都會做的不同。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)行實際執(zhí)行如計算任務(wù)。專家系統(tǒng)的另一個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)省了時間。當(dāng)處理乏味、重復(fù)的任務(wù)時這是特別有用的。 因此，一旦領(lǐng)域知識被專家系統(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，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間表 5； (2)在設(shè)計和評價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自動重新嚙合 8； (5)存儲，檢索和修改平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計 9； (6)應(yīng)用于發(fā)動機(jī)油產(chǎn)品的添加劑配方設(shè)計 10； (7)選擇刀具和切削參數(shù) 11-13； 有幾個潛在的研究領(lǐng)域肯定了專家系統(tǒng)在制造業(yè)方面價值 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。 桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 4 頁 共 12 頁 在一般車削和銑削時， Mookherjee 和 Bhattacharyya 11在專家系統(tǒng)的應(yīng)用對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用來選擇刀尺寸和工具方向的算法。銑削表面分為三個階段，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（論文）報告用紙 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廢。刀具磨損是不可避免的，如果能了解刀具磨損的時間，程度，類型時，刀具磨損就不再是一個消極的進(jìn)程。因此，如果對刀具磨損所導(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個問題的正確解決方案。這將減少非生產(chǎn)性故障的檢查時間，因此，減少了加工時間、非生產(chǎn)性停工時間、加工費用并且提高生產(chǎn)效率。在解決金屬切削加工問題時所使用的專家系統(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（論文）報告用紙 第 6 頁 共 12 頁 3.2 COROSolve 的特點 該軟件已開發(fā)利用 Delphi 可視化編程語言。而建立一個咨詢系統(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，一旦選中操作類型，對于每個類型的操作的四 個主要階段已經(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)評價。 (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每個操作類型（業(yè)務(wù)類型如前所述）、每個材料組 (ISO P, M or K), 每個應(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）。在這個階段決定的合適的等級與所選操作，材料組，應(yīng)用程序等有關(guān)。此外，個個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（論文）報告用紙 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)形成評估加工操作的重要基礎(chǔ) ，它 通過獲取 刀 具等級 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，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 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 問題時要么 在一個或兩個 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 。 一旦選定一個問題（例如，后刀面磨損 的 轉(zhuǎn)折 點 或在鉆 深孔是的轉(zhuǎn)頭的跳動 ），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（論文）報告用紙 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 通過點擊 “？”獲得（圖 5）。 3.2.3、 切削數(shù)據(jù)評估 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 運行 中的切削參數(shù) 是否與 插入 的相符而且 這項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，在鉆孔時鉆頭直徑和鉆頭中心或周邊的等級被考慮在內(nèi) （圖 6）。 在圖中 對中型鋼（ 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)被評估 ，由于 使用 價值 遠(yuǎn) 低于 由 給定硬度和刀具壽命計算 的 理想值 ，則就會顯示警告。 桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 9 頁 共 12 頁 一旦切削數(shù)據(jù) 被 審查（和糾正），下一個步驟 就是 訪問這個問題的定義 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 不同 而且“ 切削速度過高 ” 或者“進(jìn)給量太低” 將不會 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 對近 200 個問題 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 有 兩個主要來源： 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 21， 22， 23， 24和 25。 3.2.4、 問題編輯 系統(tǒng)中包含的知識 有 兩個主要來源： 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 。 一個專家系統(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 時都 增加了他的知識 并且 在未來分析 時能再 利用這些知識。因此， COROSolve 有一個可擴(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)有單獨的和模塊化的知識基礎(chǔ) ， 只要 進(jìn)入 到數(shù)據(jù)庫編輯獲得知識文件 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 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 添加到知識庫。 此外， 還 有可能增加新的問題原因或 原本已 存在知識 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（論文）報告用紙 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 因為這種類型的系統(tǒng)可以實現(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)運行 來使他們在頻繁的啟動中能維持較長的壽命。 這就顯然是 低效率的利用 金屬切削時間。由于系統(tǒng)提供 的便利 之一 便是 評估的切削參數(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 切削時間 將會有所減少 。 這 就 意味著生產(chǎn)成本 將會下 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 幫助用戶更多 的 認(rèn)識了解他們。這些圖片和信息 收集于應(yīng)用于 工業(yè) 的 各種手冊和 研究報告 。 桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 11 頁 共 12 頁 參考文獻(xiàn) 1 Modern metal cutting. 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