淺述新技術在電火花數控系統中的應用
發布者：cfwedm 發布時間：2011-08-09 15:05:51
淺述新技術在電火花數控系統中的應用
1.數字圖像處理技術應用
目前，數字圖像處理技術在工業生產中有廣泛的應用，如自動裝配線中用于檢測零件的質量、并對零件進行分類，檢查印刷電路板疵病，對彈性力學照片、流體力學圖片的阻力和升力進行分析，采用機器視覺跟蹤先進的設計和制造技術等。數字圖像處理技術發展迅猛，無論在理論上還是在實踐上都有著巨大的潛力，對我國的現代化建設有著深遠的影響。其發展方向主要體現在以下幾個方面:在高分辨率、高速度方面，其目標是實現實時處理;立體化使圖像包含的信息更為豐富和完整，將圖像和圖形結合實現三維成像或多維成像;智能化可實現圖像的自動生成、自動識別和處理;在新理論新算法研究方面，近年來，在圖像處理領域引入了一些新的理論及算法，如Wavelet、神經網絡、遺傳算法等，促進了圖像處理技術在數控系統中應用的發展。
2.自動編程技術的應用
數控自動編程技術受到廣泛關注，各國的專家學者都在潛心研究自動編程系統。數控加工是指在數控機床上按事先編制好的程序，對零件進行自動加工的一種加工工藝方法，零件加工的最終效果直接取決于數控程序編制的效率和準確率。數控編程是目前提高加工精度、表面加工質量、加工效率以及實現生產自動化最重要的一環，在制造業中有應用廣泛。數控編程分為手工編程和自動編程，對于那些程序量大、軌跡計算復雜的零件，根本不可能采用手工編程，即使能編制出加工程序，其低下的效率亦根本不能滿足市場的需求。受飛速發展的技術革命的巨大沖擊，傳統的機械設計和制造方式發生了根本性的變化，產品的設計生產周期越來越短，逐漸向小批量、多品種、高精高效加工的方向發展。特別是隨著計算機輔助設計和制造(CAD/CAM)技術的推廣和計算機數控加工技術的廣泛應用，計算機輔助自動編程勢在必行。自動編程是用計算機代替編程人員完成編程工作，自動生成加工指令，解決一些人工編程難以解決的難題，充分利用計算機計算速度快而準的特點，可極大地提高編程的效率和準確率。
自數控機床問世以來，數控編程經歷了兩個階段:數控語言編程和CAD/CAM集成編程。在數控語言編程階段，為解決數控加工的編程問題，世界各國研究了上百種語言，其中以50年代美國麻省理工學院開發的一種專門用于機械零件的數控編程語言APT(AutomaticallyProgrammedTool)最具有代表性。APT編程是把用APT語言編寫的程序輸入計算機，由內部的編譯系統自動生成數控加工指令。APT語言先后經歷了APTII,APTIII,APTIN,APT-AC，APTIV/SS等幾個發展階段，能處理二維、三維及多坐標零件的加工。APT語言的出現使數控加工編程從面向機床指令的“匯編語言”級上升到面向幾何元素和加工方式的高級語言，具有程序編制簡單、走刀路徑靈活的特點。但隨著計算機技術及CAD技術的快速發展，其不足之處日益表現出來，它受語言描述能力的限制，對用戶的要求較高，難以滿足設計與制造一體化的要求。在CAD/CAM集成編程階段，借助良好的軟件開發平臺，可充分利用CAD軟件的圖形編輯功能，將零件圖直接繪制在計算機上，并形成圖形文件。然后輸入工藝參數并調用數控編程模塊，計算機可以自動進行數據處理、生成數控加工程序。同時可在屏幕上動態顯示刀具的走刀軌跡。這種方法無須操作者輸入數據，因此大大減小了人為誤差，最大限度地提高了編程的效率和加工的質量。由于圖形編程系統由零件圖直接生成數控加工指令，故可直接利用CAD進行零件圖的設計。20世紀80年代在CAD/CAM一體化概念的基礎上，逐漸形成了計算機集成制造系統(CIMS)。與APT語言相比，它有以下幾個特點:
其一，這種編程方法是直接面向零件的幾何圖形，不需進行復雜的數學計算，不需要用具體的語言描述零件的幾何形狀，具有直觀、簡便、準確和便于檢查的優點;
其二，有利于實現CAD/CAM的一體化。通常的數控自動編程系統是和相應的CAD軟件連在一起的一體化軟件系統，既可進行計算機輔助設計，又可以直接調用己設計好的圖形;
其三，這類軟件都可在通用計算機上進行，無需專用的編程機，便于推廣，是自動編程系統的發展方向。
由于我國在數控編程系統方面起步較晚，雖然作了大量的工作，但相對于發達國家還有很大差距。在APT語言的基礎上，開發了一些同類的語言，但從總體上看，由于資金技術等主客觀因素的限制，研制的許多軟件缺乏系統性，還有待于進一步完善，才能更好地服務于機械制造加工等行業。日益增多的復雜零件的出現和高精高效的加工，對數控自動編程系統提出了越來越高的要求，同時為適應高速加工、并行工程、敏捷制造和CIMS等先進制造技術的發展。進入20世紀90年代以后，隨著微電子、自動控制和數控加工技術發展日益迅速，數控自動編程和加工技術呈現出一些新的發展趨勢，主要表現在以下幾個方面。
(1)集成化程度進一步提高
集成化是指將數控編程系統和其他計算機輔助設計系統、加工過程控制系統、質量控制系統，如:CAD,CAE,CAPP,CAM等系統集成到一起，形成一個自動化的CIMS系統，以便實現集成系統內部信息的充分利用，提高產品設計制造過程的效率與質量。
(2)智能化程度進一步增強
智能化方面的工作剛剛開始，是指把人類的專業知識融入到集成化的系統中，采用人工智能的方法建立各類知識庫，包括專家系統、智能庫、自學習功能等。
(3)并行化
隨著計算機技術和網絡技術的發展，特別是Internet技術的普及應用，計算機協同工作得到高度重視，新產品的開發要求相關學科的專家協同工作，形成一種新的工作模式一一群組工作，從而縮短產品的開發周期，降低制造成本，提高產品的質量。
3.人工智能控制技術的應用
智能控制的產生來源于被控系統的高度復雜性、高度不確定性及人們要求越來越高的控制性能。智能控制是傳統控制發展的高級階段，它是當代科學技術高度分化而又走向高度綜合的重要產物。智能控制系統的核心集中在“智能上”，而智能只能靠模擬人類的智能。因此，模擬人類模糊邏輯思維的模糊集合論、模擬人的大腦神經系統的結構和功能的神經網絡理論，以及模擬人的感知－行動的進化論等，都已成為研究智能控制理論的新學科基礎的組成部分。20世紀70年****始，人們從控制論角度總結了人工智能技術與自適應、自組織、自學習控制的關系，提出了智能控制就是人工智能技術與控制理論的交叉，創立了人－機交互式分級遞階智能控制的系統結構。基于模糊語言描述控制規則的模糊控制器已廣泛成功用于工業過程控制，模糊控制與人工智能中的產生式系統、專家系統思想的相互滲透，推動了智能控制的發展。進入80年代后，專家系統技術逐漸成熟，神經網絡的應用研究獲得重要進展，90年代以來，智能控制的應用研究勢頭異常迅猛，將模糊系統、神經網絡、進化計算等進行綜合應用，這三個新學科已成為智能控制的重要基礎。
古典控制和現代控制理論的主要特征是基于模型的控制。由于被控對象越來越復雜，其復雜性表現為高度的非線性、高噪聲干擾、動態突變性以及分散的傳感元件與執行元件，分層和分散的決策機構，多時間尺度，復雜的信息結構等，這些復雜性都難以用精確的數學模型來描述。除了上述復雜性外，往往還存在著某些不確定性，不確定性更難以用精確的數學模型來描述。因此，基于精確模型的傳統控制就難以解決上述復雜對象的控制問題。但是，如果把人工智能的方法引入控制系統將控制理論的分析和理論的洞察力與人工智能的靈活的框架結合起來，就有可能得到新的認識和控制上的新突破。近20年來的研究成果表明，把人工智能的方法和反饋控制理論相結合，解決復雜系統的控制難題是十分有效的。智能控制對當代多種前沿學科、多種先進技術和多種科學方法加以高度綜合和集成，例如生命科學、腦科學、神經生理學、思維科學、認知科學、計算機科學、人工智能、知識工程、模式識別、系統論、信息論、控制論、模糊集合論、粗糙集合論、人工神經網絡、進化論以及耗散結構論、協同論、突變論、混沌學、人工生命等理論、技術和方法，都對智能控制理論的形成和發展起著重要作用。智能控制的應用領域十分廣泛，一個智能系統一般都離不開控制，因此，從這個意義上說，智能系統都是智能控制系統。從廣義上講，智能控制是研究對復雜的不確定性被控對象(過程)采用人工智能的方法有效的克服系統的不確定性，使系統從無序到期望的有序狀態轉移的方法及規律。這里的被控對象是廣義的，也包括數控系統。例如可用遺傳進化算法尋找最優化的加工路徑，用各種智能控制算法實現數控系統中高精度的閉環控制等等，多學科技術的密切合作,可以更有效的模擬和綜合人類的智能，開創智能控制論在數控系統中應用的新篇章。
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