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云杉切削过程纤维断裂模拟及其钻削加工质量预测研究

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云杉切削过程纤维断裂模拟及其钻削加工质量预测研究

作者：赵建博东北林业大学

学位级别：硕士

木制品广泛应用于建筑、家具等行业;木材的加工工艺受到木材的结构、力学性质等影响,为提高木材加工质量、减少其加工成本,使木材加工过程更为高效、节能,对木材的加工质量评价进行研究,具有重要意义。本文以云杉为对象,分析云杉切削断... 详细信息

木制品广泛应用于建筑、家具等行业;木材的加工工艺受到木材的结构、力学性质等影响,为提高木材加工质量、减少其加工成本,使木材加工过程更为高效、节能,对木材的加工质量评价进行研究,具有重要意义。本文以云杉为对象,分析云杉切削断裂过程中纤维断裂形式及相应的能量消耗,推导云杉切断所需消耗能量的计算公式。建立云杉管胞的纤维结构几何模型。通过力学试验及理论计算获取云杉宏观及微观材料参数,并利用有限元模拟力学试验过程以验证云杉材料参数的有效性。通过有限元模拟分析云杉微观压缩变形和拉伸断裂过程并根据模拟结果推导云杉钻削过程的纤维断裂能耗计算公式。钻削加工具有复杂的切削过程及断裂形式,基于能量指标建立云杉钻削加工质量评价体系。利用多物理域信息融合技术的云杉智能钻削加工参数的预测优化模型,以不同加工参数下挪威云杉钻孔的圆柱度和无效厚度数据对模型进行训练,预测转速、进给速度一定状态下挪威云杉的钻削加工质量,预测结果准确度达90%以上,验证了预测优化模型的有效性。

关键词：云杉纤维断裂有限元模拟钻削加工质量预测

面向工业大数据的多品种小批量加工质量预测研究

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面向工业大数据的多品种小批量加工质量预测研究

作者：李永梅郑州大学

学位级别：硕士

近年来,随着智能制造战略的不断深化以及消费者个性化需求的增多,多品种小批量逐渐成为制造行业的主流加工制造方式。对多品种小批量产品的加工质量进行保证成为研究的重点。但多品种、小批量产品生产批次少,生产重复性低,加工工艺复杂... 详细信息

近年来,随着智能制造战略的不断深化以及消费者个性化需求的增多,多品种小批量逐渐成为制造行业的主流加工制造方式。对多品种小批量产品的加工质量进行保证成为研究的重点。但多品种、小批量产品生产批次少,生产重复性低,加工工艺复杂导致该类产品的加工质量保证难度加大。因此,如何有效地进行多品种小批量产品的加工质量保证引起国内外专家的广泛关注。多品种小批量产品的加工参数繁多,返工成本高。为了有效保证多品种小批量产品的加工质量,可以根据产品的加工设备参数以及工艺参数预测加工质量。这在机械行业中也被称为“加工质量预报”。产品基因理论指出,设备对产品过程质量产生重要的影响,同一加工设备生产的新旧产品具有某种相似性。基于此,利用多品种小批量加工设备的历史产品质量信息挖掘该加工设备的潜在规律,建立加工质量预测模型。智能化加工设备的普及为建立多品种小批量加工质量预测模型提供了数据基础。利用大数据技术收集了同一加工设备的历史加工产品参数信息,即关于某设备的“工业大数据”,对数据信息进行深入分析,构建了基于工业大数据的多品种小批量加工质量预测模型。分析多品种小批量产品加工参数间的相关性,提出了两种加工质量预测模型。当加工参数相互独立时,提出了基于分块回归-卡尔曼滤波数据融合（PLR-KF）的加工质量预测模型。该模型很好地解决了加工参数相互独立、加工参数存在缺失等情况下的多品种小批量加工质量预测问题。当加工参数具有多重共线性时,构建了基于偏最小二乘回归-深度神经网络（PLSR-DNN）的加工质量预测模型解决加工参数繁多且彼此相关的加工质量保证问题。通过仿真实验验证了两种加工质量预测模型的效果,与基于粒子群优化的支持向量机（SVM）加工质量预测模型进行效果比较,发现所提两种模型能够取得良好的预测效果。为了进一步说明模型效果并为实际的生产提供科学指导,利用模型提出加工质量的区间估计。所提加工质量预测模型能够为多品种小批量加工质量保证提供一个新的思路。

关键词：智能制造多品种小批量产品基因工业大数据加工质量预测

CFRP材料机器人磨抛加工质量智能预测方法研究

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CFRP材料机器人磨抛加工质量智能预测方法研究

作者：李杰华中科技大学

学位级别：硕士

碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP)因其轻质高强、耐热减振等优点被广泛应用于航空领域,其构件多采用近净成型制造,需要二次加工来保证零件的服役性能。机器人磨抛凭借其高灵活、低污染等特点,正逐渐成为CFRP磨削的新方式。然而由于CFRP... 详细信息

碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP)因其轻质高强、耐热减振等优点被广泛应用于航空领域,其构件多采用近净成型制造,需要二次加工来保证零件的服役性能。机器人磨抛凭借其高灵活、低污染等特点,正逐渐成为CFRP磨削的新方式。然而由于CFRP价格高昂、类型多样等问题,基于数据驱动的加工质量预测方案受限于样本信息稀缺,难以保证泛化性能。因此,本文针对CFRP机器人砂带磨抛样本信息稀缺问题,开展了材料去除廓形、表面粗糙度预测与工艺参数优化三方面研究:(1)提出了一种基于PK-Bayesian的材料去除廓形预测方法。以Archard磨损方程与赫兹接触为基础建立了磨抛廓形的广义规则,并通过先验化、后验概率最大化将样本数据在广义规则约束下转化为材料去除廓形的后验回归模型,建立了融合CFRP磨抛机理与样本数据的廓形映射模型,解决了样本获取难、成本高、噪音干扰大等引起的泛化性能弱化等问题。(2)提出了一种基于MTD-XGBoost的表面粗糙度预测方法。针对训练样本数量不足与分布不均匀问题,基于大趋势扩散技术挖掘样本潜在扩散信息与整体信息,结合理论扩散与参数物理边界生成上扩散域、实域、下扩散域的虚拟样本。并进一步将其用于极端梯度提升算法建立了从基础工艺参数到磨抛表面粗糙度的映射关系,实现了极小样本下的表面粗糙度预测。(3)建立了一种基于改进遗传算法的工艺参数优化模型,开发了集成工艺建模、参数优化、数据采集的参数自学习软件。将映射模型结构特点与基因编码、初始种群融合,结合交叉变异概率动态优化,降低了目标参数的搜索时间;进一步基于质量评估、模型匹配等技术动态跟踪加工过程,结合动态数据库实现了以加工质量、效率为需求的工艺参数智能优化。实验结果表明所提方法能够解决传统工艺参数优化数据成本高、可靠性差、难以应对加工环境多变等问题,在小于15个的极小样本下实现高于90%的加工质量预测,工艺参数搜索时间缩短至0.04s。

关键词：碳纤维增强复合材料加工质量预测工艺参数优化材料去除廓形预测

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拉伸套膜机典型零件加工质量控制方法研究

拉伸套膜机典型零件加工质量控制方法研究

作者：柳伟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

我国战略目标“智能制造”一经提出,国内外对智慧制造业的探索和数字化生产的发展如火如荼。制造业数字化改造,对人工智能技术和计算机知识、高级信息处理、视觉、声音技术等提出了新要求。机器学习也将用于更广泛的、高度自动化的行业... 详细信息

我国战略目标“智能制造”一经提出,国内外对智慧制造业的探索和数字化生产的发展如火如荼。制造业数字化改造,对人工智能技术和计算机知识、高级信息处理、视觉、声音技术等提出了新要求。机器学习也将用于更广泛的、高度自动化的行业领域,如基于异常测量的传感器处理、可预测性管理等。研究人员已开始利用人工智能和机器学习技术,解决企业在生产加工与质量管理方面的自动化问题。2022年3月以来,迅速传播的奥密克戎变种使疫情在我国本土多地蔓延,不仅影响消费与服务业,甚至导致工业企业的经营不稳定。其加工过程的数字化、质量控制自动化的要求越来越明显。对于由多个加工零部件构成的拉伸套膜机包装机,国内仍使用传统方式对其实施质量控制,面临控制效率差、质量生产成本高和工艺周期长等问题,有必要运用现代化方式对拉伸套膜包装机中的典型零件的加工质量实施控制。本文以某企业拉伸套膜包装机典型零件作为研究对象,为实现对其典型零件加工质量有效控制开展了以下研究:首先,经过国内外现状分析,建立拉伸套膜机及其典型零件加工质量控制的总体架构,即一种通过学习典型零件历史质量数据集去预测未来加工质量再进行加工质量控制的总体架构;针对数据集特点,给出质量数据集的构成范式和预测目标;基于数据集特点和算法优缺点对比,给出相对最优的关键质量特性识别方法(Relief&Genetic Algorithm-Wrapper)和相对最适合的加工质量预测算法(Support Vector Machine&Support Vector Regression)及其参数优化方法(Particle Swarm Optimization);利用预测结果,提出基于加工质量预测的加工质量控制总体流程。其次,分析典型零件质量数据集范式中具体数据特点,给出其质量数据集连通Relief&GA-Wrapper算法进行关键质量特性识别的详细方案,即先对原始数据进行数据预处理,再交给Relief系列算法计算权重,然后输入到GAWrapper遗传算法进行特征筛选;给出数据预处理具体采用算法及其运算步骤、Relief系列算法具体运算步骤和GA-Wrapper算法具体运算步骤。再次,分析典型零件质量数据集的预测目标,并给出相匹配的预测算法及其具体原理,即分类预测问题采用SVM算法,回归预测问题采用SVR算法;针对SVM&SVR预测算法的不足,给出基于PSO的参数优化方法;结合预测结果,给出加工质量控制的详细方案和执行步骤;通过实际算例,验证整套基于预测模型的加工质量控制方法的有效性。最后,使用python程序语言开发拉伸套膜包装机加工质量控制原型系统,整合文中所述的所有算法并通过用户界面交互提高算法的易用性。从原始数据获取、数据预处理到关键质量特性识别、加工质量预测到最终实现加工质量控制的一整套方法,充分利用企业数据流,为企业事前质量控制提供判断依据,克服企业当前拉伸套膜机加工质量控制的缺陷,对于实现拉伸套膜包装机“智能制造”具有一定的理论与现实意义。

关键词：拉伸套膜包装机质量特性质量特性识别加工质量控制加工质量预测