小型鈦合金整體葉輪的智能制造方法

引言

對于現代制造系統，人們有不同的理解。現代制造系統在不同國家、不同企業、不同行業，即不同的環境下有不同的內涵。就是在同一環境下，也有不同的層次。針對我國制造業的發展現狀，近幾年研究和推廣的重點應該是智能制造技術、制造單元技術，如數控技術和加工單元、柔性制造單元。在一個先進的制造系統中，人和機器承擔的角色不同。人的特點是處理隨機、突發事件的應變能力，模糊推理能力，判斷力和創造力較強，而機器則適合于做繁重、危險、重復、精確控制、程序化的各種體力和運算工作，速度快而且精度高。只有正確確定系統自動化的程度及人與機器間的合理分工，才能使先進制造系統既經濟又安全可靠。

1、智能制造系統的構成框架

智能制造系統是在生產現場謀求智能化機械和人相互融合的同時，有效利用一切知識性活動，通過知識庫、數據庫、計算機和通信網絡，柔性地把企業從訂貨、設計、生產 到銷售的全部活動集成起來，力求整體效率提高的生產系統。

智能制造系統的結構見圖1：

在一個制造企業內部，從設計到銷售的整個制造過程是一個典型的多自主體問題求解過程。為了提高制造系統對內部、外部各種狀態變化的適應性，智能制造系統的總體結構設計須遵循開放性原則。

2、小型鈦合金整體葉輪的制造流程

鈦合金整體葉輪是航空機載設備及火箭發動機、飛機發動機的重要零件之一，由于結構緊湊、體積小、重量輕、強度高等一系列優點，在航空航天產品中得到越來越多的應用。

在不同的生產廠家，小型鈦合金整體葉輪(如圖2)的制造工藝不盡相同。

其中，比較典型的制造流程如下：

針對高精度復雜型面小型鈦合金整體葉輪的數控加工，目前仍有許多亟待解決的問題：

①如何改進鈦合金整體葉輪的數控加工工藝，如何提高加工效率。

②刀具材料及幾何形狀(如圓柱形刀、圓錐形刀、鼓形刀等)的選擇。

③鈦合金多軸銑削工藝參數的合理選用，最小刀位干涉的優化計算，刀具行程范圍的準確確定，以及刀具銑削角度調整，切削余量、銑削深度、進刀速度、加工步長等的選擇調整。

④數控軟件中導動面計算，怎樣最大限度地增大銑刀直徑。

⑤如何提高刀具的使用壽命和解決加工中的斷刀問題。

⑥怎樣避免加工中出現的較大振動。

⑦怎樣解決鈦合金葉輪加工中的彈塑性變形問題。

⑧加工銑刀磨損后的重刃磨技術。

⑨與三坐標測量機配套的整體葉輪檢測專用軟件的開發。

因此，研究這類零件的智能制造方法就顯得尤為重要。

3、小型鈦合金整體葉輪的制造分解為多智能體系統

小型整體鈦合金葉輪的制造系統可以看成是一個動態的不斷完善的系統(特別是在研究階段)，agent是這個系統的智能單元。參照圖1這個系統可以用圖3來表示。

其中，對應的圖1中的“計算機網絡+智能制造協議”部分變為“葉輪制造知識庫”，它主要包括葉輪造型、數控編程、數控加工、變形補償、測量等各環節所用的彼此相關的公共知識。針對葉輪造型而言，有多種葉輪造型方法，而不同的造型方法，對應著不同的編程方法、補償方法、測量方法。對于數控加工中的機床、刀具的選用，更是直接影響著其他環節。因此，各個agent建立過程中應首先選用公共知識庫中的知識，對于公共知識庫中沒有的又與其他環節有關的知識，應及時提供給公共知識庫以便其他環節共享。

鈦合金葉輪制造中，按任務分解成若干個agent：變形補償agent、葉輪造型agent、數控編程agent、數控加工agent、葉輪測量agent等。每個agent可以是物理實體或抽象實體，可以進行推理決策和問題求解，是一種具有智能的邏輯單元。

其中葉輪造型agent與環境的關系如圖4所示。

造型agent的輸入信息：原始設計圖紙、測量方式、變形補償方法等可來自葉輪制造公共技術知識庫，它們是造型人員進行造型的依據；造型人員的創新設計方法、最終尺寸模型又反饋給公共技術知識庫。其他agent與環境的交互關系與葉輪造型agent相似。

4、結論

上述零件智能制造方法的最大好處是便于人的參與，發揮人的智能；最大程度地簡化流程，符合并行工程的制造理念；總體的風險由不同的智能體承擔。對提高整個系統的可靠性有利。

參考文獻

[1]李衛東，朱劍英，等．UG環境下小型鈦合金葉輪的造型方法[J]．南京航空航天大學學報，1999，(3)

[2]胡春華，吳波，楊叔子．基于多自主體的分布式智能制造系統研究[J]．中國制造工程，1998，(9)