翻译

监控计算机数控加工进度基于信息融合

铜梁，燕平，刘飞

1机械传动国家重点实验室，重庆大学，重庆400030，中国

2重庆网络化制造工程技术研究中心，重庆大学，重庆400030，中国

收到2010年3月3日；2011年3月17日修订；2011年4月7日2011年4月12日发表的电子接受

摘要：为了应对动态的市场需求，企业需要在过程中实时地获得工作的生产现状，但加工进度信息具有不确定性和不能有效反映生产领域的现状。在这工作，克服了计算机数控（CNC）无效的加工进度信息提取及其应用限制在实践中由于数控机床的异构系统，基于信息融合的分析多源信息，估计数控加工现状及预测加工过程通过跟踪工具坐标系，一个数控加工过程监测方法。多源异构信息包括加工路径，实时主轴功率信息，人工输入数据和工具的位置。在获得这多源异构的方法信息的方法，这有助于探索数控（NC）程序，监控数控机床主轴功率，收集人机交互（HCI）信息，获得实时的工具坐标表示的知识在这一领域有关的分析；在融合多源信息在制造过程的数控加工状态决策规则进行了总结，以及为加工进度跟踪方法在实时工具坐标系和加工路径一致了。最后，本方法采用加工进度跟踪验证，通过仿真实验证明是可行的。所提出的研究实现了数控加工进度信息的有效整合，使企业共享的一种有效方法CNC数控资源优化配置信息和。 关键词：加工进度，信息融合，加工轨迹，数控加工，加工轨迹

1引言

监控计算机的加工进度数值控制（CNC）的机器，最重要的制造资源，是促进基金会 生产力和跟踪制造过程[ 1，3 ]–。然而，在加工过程中，有许多情况导致决策者不承认的生产现状，特别是一些复杂零件的生产有很长的时间来制造。例如，在异构数控任务的并发执行机器，信息的不确定性，结果状态传递效率。数控加工过程监测车间总是在研究方面的重要性制造过程信息化。到目前为止，一方面，根据手工报表的制造工艺 *通讯作者。电子邮件：toli1226@http://wendang.chazidian.com本课题是国家自然科学基金资助中国（批准号：50775228），市重点科技重庆市科技计划，中国（批准号cstc2007aa2013），和中央基础研究基金中国大学（批准号：cdjxs11111136），并为新的在中国教育部大学世纪优秀人才统计仍然是大多数企业采取的方式，这是既不准确和错误导向。另一方面，加工进程无法保证人机交互（HCI）也是受人类影响。在车间的网络化制造的深化，数控加工过程监测逐渐成为研究的重点。例如，冈崎[ 4 ]介绍了采集加工进度虽然方法监控数控程序mahayo瞬间—tsanun，et al.[ 5 ]介绍了模具，集成传感对冲压的在线观测

系统过程；奥利维拉，et al.[ 6 ]提出的方法，对开放式数控系统的加工过程监控，这收集信息，通过人机交互或传感器；王，等[ 7 ]，建议的宏指令来获得数控状态和加工进度信息；侯[ 8 ]建立了制造过程控制框架基于STEP-NC的兼容性。C的异质性of CNC机床或数控（NC）系统。由不同的制造商，他们的方式的多样性为把信息加工过程，和高成本系统的方法obtainment CAN接口，理论困境最适用的情况。本文解决的问题，或相反，摆脱了应用限制，自动加工进度信息收集方法大型工件的基于参考功率曲线[ 9 ]是提出了。但从单源观测误差可能会导致不正确的结果，可使加工进步失效，此外，在加工，有各种信息可以反射加工过程不同的侧面，和当前的加工状态可以综合确定。因此加工的现状与进展应分析和基于方式的估计信息融合。它是在所有的考虑因素的普遍性，实用性和成本这一监测数控方法基于信息融合的开发加工进度。如前所述，这是一个意味着（获得加工的现状和进展，通过融合不同制造过程信息，包括加工路径，实时主轴功率信息，人工输入数据和工具坐标估计和预测；通过实时加工进度跟踪位置工具动态处理）可以跟踪的数控加工发展有效的使企业行动市场的变化，根据生产条件场。 2方法的结构加工进度的同时执行任务异构数控机床是一种动态多目标跟踪。它是处理过程，分析和评估测量获得的信息从来源，并从物理映射的目标条件在现实系统中的逻辑条件[ 10 ]。首先要解决的问题，在跟踪过程中多个任务，是任务的奇异轨迹。为了克服数控加工进度信息无效和它的应用限制在实践中由于提取数控机床的异构系统，数控加工过程监控方法的基础上信息融合的提出。看到的结构图1中的方法。

图1。该方法的结构

的结构，从信息的收集，

对加工过程的逻辑架构相关整合。信息包括以下。

（1）数控程序。它是从数据库或文件中获得的系统在CAX（CAD，CAE，CAM，等）或产品数据管理（PDM），以便它可以被应用于分析加工路径；

（2）数控机床主轴功率。主轴的实时采集功率从传感器和功率曲线的绘制；

（3）手动输入数据。操作员输入的现状和加工过程直接通过人机交互界面中的网络终端；

（4）工具的实时位置。它反映了加工进展与现状；并应收集相应的数控接口的差异。信息是通过信息融合分析中心（IFC）。数控加工过程中，各种这反映了加工进度信息相关和融合，根据加工路径通过数控加工程序的定义。毕竟，作为当前的加工状态信息，进度和剩余时间估计，IFC将发送给决策者，以便及时做出相应的政策。知识中心（KC）提供必要的知识在加工信息集成和融合的支持。信息库（IB）保存重要的过数据和结果；规则库（RB）提供的推理机制和多源信息融合计算方法；体验基地（EB）是知识创造和经验，在所有加工过程中积累并将丰富KC。

数据需要融合始终存在于不同的来源不同的形式。在IFC，物理特性状态抽象为矩阵的状态，尽管他们自己信息模型，然后生成的状态数据根据加工状态的融合规则的目标。在加工状态，当前状态和预测状态通过实验结果和估计融合检测目标状态，理论加工路径，融合算法，并预测由先前的融合。当前的逻辑状态可以影响下一次估计直到加工站。它是观察到的监控数控系统的关键问题基于信息融合技术的进步，加工等如下：（1）多渠道收集和整合信息和知识有关的表达；（2）测量加工现状及跟踪算法加工进度与多源信息融合。

3信息的整合和表达

3.1多信息源集成

3.1.1数控程序

NC程序的大多数是创建和管理通过企业信息系统，如CAX，PDM，等。只有将这些系统可以有效的数控制定程序。传统的紧耦合方式应用于信息集成主要取决于组件技术，如CORBA，COM和COM + /DCOM，Java的RMI，等它保证可重用性，可移植性和互操作性的软件，功能很好的时候，管理通信和分布式处理。基于这些技术系统的特点独立成分，透明的网络，统一的数据和接口，等。然而，随着系统的网络服务和不断增长的需求松耦合相互作用，成为趋势。面向服务的集成组织业务基于松散耦合的Web服务来促进过程资源的可重用性和开发效率，所以许多原来的最有价值的应用。因此，当CAx与PDM的集成，它是必要的采用上述方式实现数控通过封装和调用系统接口程序。

3.1.2数控机床主轴电力信息

数控机床主轴3.1.2电力信息采集加工任务进度的结果机床主轴功率信息公平满意，为产品主轴功率曲线享有在质量相似性和重复性的特点生产。虽然电力复杂零件具有加工周期长，单块或小批量生产是不重复的，它是收集的一些关键信息加工的可行性从图2所示的曲线的过程[ 9 ]，和信息包括：（一）开始加工，闲置（B，D，F），切割（C，E），停止加工（G）。在机械加工中，每一个明显的凸起与闲置曲线上的权力意味着一切，和形状突出的是在不同切削模式。有相同的凸起时，主轴的启动和停止，和凸起是为本文的形状。虽然这些信息不能反映整个加工过程可描述在加工过程中的一些关键点，它可以确定分钟的启动或停止加工，判断是否被切割或不。图2。机床主轴功率曲线形状

3.1.3手动输入信息

运营商和设备是两个主体制造过程。设备信息可通过传感器采集，和操作员可以输入观察通过人机交互信息系统。相比较而言，它是更容易发挥主观能动性的学习和估计观察到的现象，该系统可以提供更准确的信息。然而，手动输入信息具有较低的实时性和较高的延迟。因此，HCI必须使操作更加简单、快速，具有最小输入时间最大的信息。

3.1.4实时定位工具

收集工具的实时位置的方式不同不同的数控系统。对新研制的数控是容易的系统收集的信息加工过程由于其较高的开放性接口，有些机器与通用操作系统的数控系统即使收集位置通过应用程序接口（API）操作系统。而接口不提供传统的数控机床，刀具的位置不从数控系统直接读取，并获得形式的数控生产成本高。

3.2知识表示

信息的收集和整合来第一次在多源信息融合，这是过程，以统一的数据从不同的逻辑表达方式源。XML具有开放性的特点，便于携带，可扩展性有助于描述复杂的信息，和从形式内容的XML数据分离，解除受限制而使自己的表达多源信息集成和共享输送语义信息[ 11 ]。毕竟，KC可建立知识库中存储有用的数据，以以下几方面考虑：（1）结构合理通过组织和管理知识；（2）的表达在相关领域知识的有效形式推理过程。 有表达各种优点通过XML的加工进度信息。对于一方面，它可以统一多源异构信息，另一方面，重要的过程数据和结果可以存储在IB进一步使用。它可以被描述为：KIB= { ID，ST，V，T }，其中ID是k的记录的索引IB，ST是数据类型集，V的一组值，T是设置时间记录了。数控加工中的规则库可以被描述为：KRb= { S，R，

{1，S2，，其中S = ，Sn}是所有设置状态过程。然后，状态可分为输入状态集Si = {四

I|I= 1，2，，NSi}和输出状态集所以= {i|i= 1，2，，N所以}，其中Sii=i这里有一个订单在R = { R S.1，R2，

产生式规则知识表示：

，RM}是地位规则集；是3状态规则的关系，并用

结果表明，状态规则集no可以从RJ（四我）。每一个生产规则适用于相同的格式管理作为一个模块，便于索引，添加，删除，修改，并从知识库的查询。在信息融合过程中，经验应不断改进以后通过利用各种信息的集成规则机制和它们产生的结果不断的修改学习机和积累。

4融合算法进度跟踪

4.1分析加工路径

加工路径描述为f（x，y，z）= 0和定义通过数控加工程序是由许多连续弧。的加工路径也可以表示为G = { N，E（L，F）}，其中n = { ni|我= 0，1，2，，n }是节点的集合；E = { ei（Li，Fi）|我= 1，2，，N}矢量连续的两个节点之间，i的地方i从N曲线的长度1.ni，和单位mm，Fi由数控程序对L的进给速率分配i，和单位毫米/分钟。今天，大多数数控机床车间仍然适用复杂曲面的加工技术结合圆弧插补的线。分析数控程序可以获得加工路径的R矩阵n + 1，它可以定义为

该参数R的表达n + 1给出了表1。