[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字孿生的機(jī)床切削工藝參數(shù)優(yōu)化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210280090.9
• 申請(qǐng)日: 2022-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN114758064A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅志勇;袁榜富;董鑫;邱卓;錢昊;田鈾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00;G06F30/10;G06F30/20;G06Q10/04;G06Q50/04
• 代理公司: 重慶市恒信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種基于數(shù)字孿生的機(jī)床切削工藝參數(shù)優(yōu)化方法，其包括以下步驟：通過(guò)三維建模軟件和虛擬平臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床實(shí)際切削過(guò)程的特性、功能、行為在內(nèi)的多維度的表達(dá)；基于JSON格式的文本數(shù)據(jù)傳輸，減少底層代碼的復(fù)雜程度，對(duì)機(jī)床的在切削過(guò)程中的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)理論分析工藝數(shù)據(jù)對(duì)切削力的影響權(quán)重；基于unity3D的可視化映射方式調(diào)用封裝好的數(shù)字孿生切削力預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)用分析切削力動(dòng)態(tài)變化情況；根據(jù)影響因子權(quán)重和數(shù)字孿生預(yù)測(cè)模型對(duì)切削力波動(dòng)情況實(shí)時(shí)生成優(yōu)化方案，并通過(guò)工藝參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)切削力的相對(duì)穩(wěn)定，確保加工過(guò)程中機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及先進(jìn)制造與自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，特別的，提出一種基于數(shù)字孿生的機(jī)床切削工藝參數(shù)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

隨著德國(guó)“工業(yè)4.0”、美國(guó)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、“中國(guó)制造2025”等戰(zhàn)略的提出，智能制造技術(shù)日趨成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。制造業(yè)的發(fā)展成為當(dāng)下戰(zhàn)略目標(biāo)，工業(yè)、軍事、航天、交通等部門的大型機(jī)械設(shè)備作為其中重要經(jīng)濟(jì)支柱，機(jī)床作為工業(yè)母機(jī)，其安全性、穩(wěn)定性、工藝質(zhì)量至關(guān)重要。目前，機(jī)床切削工藝優(yōu)化的智能化和數(shù)字化水平較低，切削過(guò)程中由于切削力的不穩(wěn)定性而導(dǎo)致的質(zhì)量誤差通常需要人為的判斷，存在主觀性強(qiáng)和經(jīng)驗(yàn)判斷等缺陷。在傳統(tǒng)的工藝參數(shù)優(yōu)化中，常采用控制變量法，利用加工結(jié)束后對(duì)影響切削力波動(dòng)的因素進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，形成加工優(yōu)化方案，制約了優(yōu)化調(diào)整時(shí)間。也有部分學(xué)者通過(guò)智能算法對(duì)特征參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)或?qū)?shù)控系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)讀取進(jìn)行分析，忽略切削過(guò)程中的動(dòng)態(tài)仿真過(guò)程。機(jī)床設(shè)備切削工藝優(yōu)化的關(guān)鍵不僅在于切削過(guò)程中考慮對(duì)各種因素的干擾考慮，還在于切削時(shí)的實(shí)時(shí)工藝數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和分析處理。因此在傳統(tǒng)虛擬仿真監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上通過(guò)數(shù)字孿生的虛實(shí)映射技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)床切削過(guò)程動(dòng)態(tài)變化，同時(shí)通過(guò)數(shù)字孿生預(yù)測(cè)模型對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，實(shí)時(shí)形成優(yōu)化方案對(duì)加工的質(zhì)量和效率具有重要的意義。

經(jīng)過(guò)檢索，申請(qǐng)公開號(hào)CN111695734A，一種基于數(shù)字孿生及深度學(xué)習(xí)的多工藝規(guī)劃綜合評(píng)估系統(tǒng)及方法，屬于工藝規(guī)劃虛擬仿真領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括物理設(shè)備層、數(shù)據(jù)感知層、信息處理層、虛擬空間層和數(shù)字孿生層；數(shù)據(jù)感知層采集物理設(shè)備層在加工過(guò)程中的相關(guān)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到信息處理層進(jìn)行數(shù)據(jù)融合分析與處理；同時(shí)采集的數(shù)據(jù)傳送到虛擬空間層，在數(shù)字孿生層中相關(guān)模型的要求指導(dǎo)下構(gòu)建出與物理實(shí)體對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)虛擬模型；數(shù)字孿生層統(tǒng)領(lǐng)其余各層，進(jìn)行虛實(shí)交互反饋、融合分析及迭代優(yōu)化，開展待加工零部件不同工藝方案的綜合評(píng)估分析，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化和工藝路線改進(jìn)。本發(fā)明提高了工藝規(guī)劃的柔性和動(dòng)態(tài)適應(yīng)性，可改善資源利用率，縮短加工周期、降低生產(chǎn)成本。

(CN111695734A)一種基于數(shù)字孿生及深度學(xué)習(xí)的多工藝規(guī)劃綜合評(píng)估系統(tǒng)及方法是一種先進(jìn)的技術(shù)理念，的確基于數(shù)字孿生的理念解決了很多研究上的瓶頸，但數(shù)字孿生并不是一昧的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的過(guò)程，更多的是在虛擬動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)其他的功能。基于數(shù)字孿生的實(shí)現(xiàn)途徑要基于具體的實(shí)體分析研究，此專利集成了許多數(shù)據(jù)源，但是卻忽視了如此龐大的數(shù)據(jù)集需要通過(guò)何種方式采集或何種協(xié)議對(duì)接，不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如何交互等問(wèn)題。同時(shí)，基于數(shù)據(jù)處理的方式，到底哪一個(gè)具體環(huán)節(jié)利用什么算法，智能算法之間又該如何與虛擬場(chǎng)景進(jìn)行交互。因此，該專利更多的是一種理念集成，沒有對(duì)象，實(shí)際應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)。

本專利針基于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析影響產(chǎn)品的質(zhì)量因素，形成預(yù)測(cè)模型并驗(yàn)證其可靠性和影響的權(quán)重大小，基于虛擬場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)中實(shí)現(xiàn)影響因素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)加工前就可預(yù)知加工過(guò)程中切削力的數(shù)值變化，可提前調(diào)整并優(yōu)化加工方案，加工過(guò)程可實(shí)現(xiàn)三維和二維的動(dòng)態(tài)展示，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)影響產(chǎn)品質(zhì)量因素(切削力)的動(dòng)態(tài)波動(dòng)，對(duì)后期的進(jìn)一步優(yōu)化提供指導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。提出了一種基于數(shù)字孿生的機(jī)床切削工藝參數(shù)優(yōu)化方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于數(shù)字孿生的機(jī)床切削工藝參數(shù)優(yōu)化方法，其包括以下步驟：

通過(guò)三維建模軟件和虛擬平臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床實(shí)際切削過(guò)程的特性、功能、行為在內(nèi)的多維度的表達(dá)；