一、数控加工在线监控系统的研究（论文文献综述）
孟博洋[1]（2021）在《基于边缘计算的智能数控系统实现方法研究》文中提出随着工业4.0的技术浪潮推动,边缘计算技术、物联网技术、云服务技术等众多先进的制造业新技术,改变了制造业的生产环境和生产模式。新技术的发展,使得人们对机床数控系统的智能化、网络化水平的要求越来越高。在当前的智能化、网络化制造模式中,机床的数控系统不仅需要利用云端的计算和存储优势来收集、分析加工中的相关多源数据,而且更加需要通过云端丰富的技术资源优势,来指导和优化对应的加工过程。传统的云架构数控系统,由于数据传输中的延迟、稳定性、实时性等问题,难以满足机床云端的实时感知与分析、实时优化与控制等高实时性需求。这一问题也成为传统云架构数控系统中的研究热点和难点。在此背景下,本文开展了边缘计算架构数控系统的设计和开发工作,并进行了智能感知与分析、智能优化与控制等方面的技术研究。根据边缘计算产业联盟提出的边缘计算3.0参考架构,本文分析了在智能制造环境下的边缘计算体系层级。从边缘计算在机床智能数控系统中的智能功能分析及物理平台搭建两个方面,完成基于边缘计算的智能数控系统体系环境建模,并且提出了边缘计算数控系统的总体架构设计方案。该架构在传统云架构的基础上,增加了边缘计算设备端和边缘计算层级。通过基于边云协同交互的智能分析、智能优化等方法,完成了机床云端与设备端之间,高实时性任务的数据交互。以架构中的模块为边缘计算数控系统的基础构成单元,对所提出的系统架构进行模块化开发。在各主模块的开发过程中,提出各子模块细分方法以及相互调用模式,详细介绍了各主模块在搭建过程中的关键技术。分别从边缘运动控制模块、边缘逻辑控制模块、边缘计算服务器配置三个方面,提出了各主模块的具体实现方法。针对边缘计算数控系统与机床原数控系统之间的关系,提出三种对接运行模式,并给出了两个系统中各个执行子模块的具体对接方法和流程。同时,为了利用云计算的特点和优势,来提升边缘计算数控系统的计算处理能力和远程服务能力。提出了边缘计算数控系统与云端交互部分的配置策略,并且搭建了相应的云计算服务器以及交互环境。在边缘计算数控系统的智能感知技术应用方面,针对机床铣削加工过程中产生的切削力、位置信息,速度信息、形变信息等等多源加工信息数据,提出边缘计算数控系统的智能数据感知方法。针对多源信息在高速实时性要求与传输过程中的数据时钟波动等问题,导致采集数据的不准确、不一致等情况,提出一种新的多源数据智能调度及融合方法。通过高度一致性的数据协同,将多源信息根据对应关系进行映射,使得数据的基准可以从基于时间因素的基准投影到基于工件表面因素的空间基准。为了充分利用云端计算的硬件资源优势与边缘端计算的实时性优势,提出边云混合交互的多维关联数据智能分析方法,为边缘计算数控系统提供高效、实时的分析数据。在边缘计算数控系统的铣削力优化技术应用方面,根据感知到的铣削力信息与加工工件的关联数据,研究了不同加工参数和刀具参数条件下的铣削力波动特性。建立了整体螺旋刃立铣刀的铣削力波动预测模型。提出三个与轴向切削深度和刀具参数有关的铣削力波动特性:一致性,周期性和对称性,并给出了详细的理论公式推导和证明方法。在此基础上,建立了基于边云系统的铣削力优化方法。通过离线参数优化与在线铣削力控制两种方式,实验验证了所提出边缘计算数控系统实现及技术应用的有效性和正确性。
申少泽[2]（2021）在《五轴并联自动钻铆机在线逆向编程系统设计》文中提出在飞机部件数字化装配领域,蒙皮自动钻铆加工越来越普及,自动钻铆技术已成为航空制造领域中的一项重要技术。但是,随着飞机产品种类的增加、复杂度的提高以及对交付质量的严苛要求,很多飞机蒙皮产品无法采用自动钻铆装配,尤其是薄壁易变形曲面蒙皮,由于受自身重力、装夹力的影响,使得蒙皮实际装夹位姿以及外形轮廓与理论数模相差较大,难以采用传统的自动钻铆离线编程系统进行编程加工,所以当前的自动钻铆加工编程方式在一定程度上制约了自动钻铆技术的发展和应用。为了解决上述问题,本文对自动钻铆加工编程技术进行了研究,探索了一种适应实际飞机蒙皮形状的在线自动编程方法,采用在线检测示教方式,利用逆向拟合手段,重构实际蒙皮加工轨迹,重置实际蒙皮装夹位姿,进而后置处理生成加工程序,使得飞机蒙皮自动钻铆由基于数模的塑造性加工编程方式转变为基于实物的适应性加工编程方式,让自动钻铆装配对已变形的飞机蒙皮具有更好的适应能力,解决当前此类蒙皮无法自动钻铆或者自动钻铆质量差的问题。本文基于五轴并联自动钻铆机,重点研究了在线自适应测量与逆向重构技术、五轴并联钻铆机空间旋转变换算法以及多平台软件功能设计等,综合运用了西门子数控系统HMI二次开发技术、PLC控制技术、数据库技术及工业以太网通讯技术等,开发了一套五轴并联钻铆机在线逆向编程系统。本系统包括数控界面功能二次开发软件和上位集控软件,数控界面功能二次开发是基于西门子数控HIM Advance Program Package软件包及DDE服务器通讯协议,采用VB、C++两种开发语言进行设计,实现了法向检测调整、视觉找正及示教数据采集的人机界面与运动控制等功能;上位集控软件采用VB开发语言,运用了Auto CAD VBA技术进行设计,实现了前置运算、加工轨迹重构、后置运算、坐标系拟合变换及RTCP轨迹规划等数据运算处理,以及工艺编制、工艺模型、示教校验、程序生成、位姿修正及简易运动仿真等人机界面功能。实践应用表明,本文研究的五轴并联钻铆机在线逆向编程系统彻底解决了对无数模和薄壁易变形飞机蒙皮无法自动钻铆装配的问题,在运算控制精度、系统易操作性、稳定性等方面达到了使用单位要求,本系统技术较为先进,工作可靠稳定,可进一步推广应用。
张杰[3]（2020）在《船用柴油机关键件数字孪生车间平台关键技术研究》文中进行了进一步梳理在传统船用柴油机关键件加工过程中,车间数字化技术和三维虚拟仿真技术在企业中已逐步得到应用,但彼此之间仍存在“信息孤岛”,在一定程度上会导致信息链断层等问题,从而致使在生产制造过程中,存在生产效率低、能耗高、产品质量参差不齐等问题。对此,为提高产品加工生产效率和质量,降低生产能耗,采用数字孪生技术进行船用柴油机关键件制造过程管控,以虚拟车间模型构建、加工质量动态管控方法、生产效率及能耗在线评估优化方法及系统集成为关键技术展开深入研究,搭建船用柴油机关键件数字孪生车间平台。借助车间数据采集系统,进行车间加工数据采集,实现生产车间的在线监控、决策、优化及仿真等功能,并指导船用柴油机关键件实际生产加工,具体研究内容包括:（1）针对船用柴油机关键件加工过程的实际需求,建立船用柴油机关键件数字孪生车间平台总体架构,并在此基础上确定平台的解决方案以及支持的功能模块。（2）基于船用柴油机物理加工车间的车间资源和工位布局等特征,构建虚拟车间三维模型。对物理加工车间的工艺流程进行研究,通过与虚拟车间相融合,从而建立船用柴油机关键件物理加工车间数字孪生体模型。（3）对船用柴油机关键件的加工质量管控方法进行分析,借助数字孪生技术,构建基于数字孪生的船用柴油机关键件加工质量管控模型。对刀具寿命预测模型、刀具磨损量和工件表面粗糙度预测模型进行分析,建立刀具寿命预测算法、刀具磨损量数学模型及工件表面粗糙度数学模型,并建立智能优化算法进行刀具磨损量和表面粗糙度优化,从而实现工件加工质量的管控。（4）根据船用柴油机关键件实际加工效率和能耗需求,对船用柴油机关键件生产效率和能耗在线评估方法进行研究。利用数字孪生技术,构建切削参数在线决策优化数字孪生模型。建立加工生产效率和能耗数学模型,并与改进遗传算法与粒子群算法相融合,进而实现切削参数在线决策优化。（5）利用Thing JS物联网3D可视化Paa S平台及Visio Studio 2017集成式开发平台,搭建虚拟车间和车间服务系统。采用SQL Server 2008构建孪生车间数据库。利用MATLAB 2016a进行智能算法的编写设计。将数据库、虚拟车间、车间服务系统等进行集成,构建数字孪生车间平台,并借助实例仿真验证平台的可行性及可靠性。
方诚明[4]（2020）在《数控机床在线断刀监测系统研究》文中研究说明在自动化生产过程中,小直径的刀具,特别是直径小于6 mm的刀具在加工中十分容易断裂,如果任由数控机床在刀具已经断裂的情况下继续运行加工,这样不仅浪费了本次数控机床的加工时间,还会使本次加工的零件产生缺陷无法满足正常使用,更有可能出现零件某些位置没有加工,造成后续刀具撞击断裂。如果可以对小直径刀具加工过程进行在线监控,那么对于社会将会带来巨大的经济效益,因此目前刀具状态在线监控系统已经成为各个企业或者国家所公认的,实现工业自动化急需解决的关键技术。本论文的研究内容是围绕解决制造在自动化生产过程中刀具断裂监测的问题,在通过对现有加工工艺进行分析的基础上,设计开发出数控机床在线断刀监测系统,监测系统的工作原理为:电导通原理,即把主轴与被加工工件隔绝开来,在主轴和被加工工件两端设置一个电压,通过检测串联电阻电压的大小来判断刀具是否发生断裂,然后采用学习对比的方法,以一个完整的加工周期作为基准模板,后续加工过程中通过采集的串联电阻的电压并与基准模板相比较从而判断在一个完整的加工周期内刀具是否断裂。利用嵌入式平台实现低成本的、高准确率的数控机床断刀在线监测系统,包括硬件和软件两个部分,硬件包括液晶驱动电路、USB下载电路、输入和报警电路以及数据采集电路,并以该电路设计制造了一套电路板;软件包括基于em Win图形界面库开发设计用于数控机床断刀在线监测系统的图形界面,包括主界面的设计、波形显示界面的设计、调试界面的设计和参数输入界面的设计。通过研究,本课题设计的在线断刀监测系统达到预期要求。通过长时间的测试,该系统稳定可靠,可以在线监控加工刀具的状态,减少加工过程中人为对数控机床的干预;可以降低因加工过程中刀具断裂而产生的工件废品率,提高工件生产质量;可以减少刀具断裂后的无效加工时间,提高工件的生产效率和机床的使用效率;可以降低企业在生产过程中对刀具的浪费,提高刀具利用率;可以提高刀具自身的使用效率,避免因刀具失效而造成工件报废和加工机床的故障。
王译晨[5]（2020）在《面向制造单元的数字孪生体建模与管控技术研究》文中指出随着经济全球化进程的加快和国际市场竞争环境的加剧,以个性化为主要特征的市场需求要求企业生产系统具备更高的柔性,同时以新型信息通讯技术为核心的信息物理融合系统（Cyber Physical System,CPS）赋能制造资源更多的分散化增强型智能特性,实现了制造资源的解耦,降低了生产系统的刚性,而制造单元作为CPS环境下生产系统的最小粒度单元,研究其建模与管控问题对于提高CPS环境下生产系统的柔性以及支撑生产系统功能的实现具有重要的意义。数字孪生作为实现信息与物理融合的一种有效手段和新型技术,由于其所具有的仿真与虚实映射特性,不仅能够为制造单元管控系统的开发和验证提供虚拟的硬件测试环境,而且能够为生产系统的离线仿真与实时运行管控提供一种新的模式。因此,本文针对个性定制化市场需求对生产系统柔性所提出的更高要求,在结合CPS赋能生产系统更高的柔性以及其他功能与特性的基础上,以CPS环境下的离散制造单元为研究对象,以制造单元的建模与管控问题为研究切入点,基于数字孪生所特有的虚实映射与仿真等特性,围绕数字孪生驱动的制造单元建模与管控技术展开研究,主要研究内容如下:（1）在对国内外研究现状进行学习与综述的基础上,结合CPS与数字孪生的功能特性,定义基于数字孪生的制造单元内涵、特征、功能以及资源组成,并构建其管控架构,设计其运行机制,为后续的研究内容提供整体支撑。（2）依据数字孪生体的建模规范,围绕制造单元的运行与管控场景需求,在运用相关本体、混合Petri网等建模理论与方法的基础上,重点研究制造单元的资源结构与管控行为等数字孪生体单视图模型的构建方法,进而在集成制造单元几何与物理模型的基础上,提出基于数字孪生的制造单元多视图管控场景集成建模方法,并在定义多视图模型协同机制的基础上,最终完成制造单元数字孪生体模型的构建,为数字孪生体驱动的制造单元管控技术的研究提供模型支撑。（3）依据制造单元管控的不同时效性需求,结合数字孪生体的虚实同步与离线仿真特性,在设计制造单元整体管控指标体系的基础上,基于制造单元数字孪生体模型,分别从可视化实时监控与生产异常诊断两个方面的管控需求展开研究。其中,围绕可视化实时监控目标,在研究数字孪生制造单元的资源标识与采集、虚实映射与通讯等关键技术的基础上,通过构建数字孪生制造单元的可视化实时监控模型,从而支撑制造单元的实时监控需求,进而凸显数字孪生的虚实同步特性;其次,围绕异常诊断需求与管控重点,重点围绕设备管控,在构建制造单元故障树及异常诊断专家知识系统的基础上,研究基于知识推理的数字孪生制造单元生产异常诊断与反馈控制方法,凸显数字孪生的离线仿真特性。（4）结合上述研究成果,在完成开发与验证环境搭建的基础上,分别从系统运行流程设计、数字孪生体模型构建、管控场景集成开发、仿真等环节进行原型系统的开发与验证。通过上述研究,能够证明数字孪生在改变CPS环境下制造单元的管控方式、提高制造单元管控能力方面的合理性与有效性,希望本文所提出方法能够为数字孪生在制造单元的管控以及生产系统中的应用研究提供研究案例与参考依据。
宋铠钰[6]（2020）在《基于信息互联的数字化车间智能化关键技术研究》文中研究表明随着网络和信息技术的迅猛发展,智能化、网络化和绿色化已渐渐成为制造业发展的重要方向,数字化车间也逐渐从数字化向智能化转变,为智能制造做准备,因此数字化车间智能化技术也备受关注。本文以面向智能制造的数字化车间为研究对象,对其智能化技术进行了深入研究。论文的主要研究内容如下:（1）提出了面向智能制造的数字化车间智能化技术体系架构。为数字化车间向智能化车间转变提供了新的研究思路与方向。智能技术特征、智能功能特征和智能网络特征共同支撑起了该架构。其中,智能技术特征用来描述数字化车间内现场设备、生产管理和信息知识三个层面的智能化要素和水平,也是三个层面所具有的功能技术和网络技术的智能化界定基础。智能功能特征则给出了数字化车间内生产制造及计划管理等各层面所应具有的智能化功能技术的整体架构与描述。智能网络特征主要描述了数字化车间为实现智能制造所应具备的基本信息模型、网络架构和信息共享机制。（2）针对存在于数字化车间生产制造中数字化控制设备及其与业务管理系统间的数据交换和共享中的问题,基于分层建模的方法和面向服务的集成技术,首次提出了一种面向智能制造数字化车间制造过程的信息互联架构。以数字化车间制造过程信息为对象,定义了基于XML（Extensible Markup Language）语言的工单定义格式（Worksheet Definition Format,简称WDF）和过程消息格式（Process Message Format,简称PMF）。构建WDF信息组织结构,将数字化车间生产制造及计划管理等各层面数据信息按照合理的逻辑组织关系统一描述在WDF文件中,以实现信息的高效传递和共享。基于WDF资源驱动机制可实现生产节拍平稳控制。同时,通过WDF信息互联模型可解决不同厂商设备异构和平台差异性问题,做到真正意义上的开放式互联共享机制。（3）创新性的设计了一种基于复杂工艺路径规划模型的智能调度方法。目前数字化车间为实现柔性化作业管理而采用的智能调度技术,往往都是在依据人工经验确定的固定的工艺路径及工序设定的基础上进行的,会导致车间内现场设备没有被充分利用,生产效率有再被提高的可能性。因此,基于有向无环图的理论提出了一种针对复杂工艺的工艺路径规划模型,即PR-AOV网和PP-AOE网。PR-AOV网对复杂工艺进行拓扑排序寻找出所有可能的工艺路径,再通过PP-AOE网计算出这些工艺路径的关键路径。将该模型与人工智能算法（如遗传算法）结合,实现柔性作业车间内的准静态智能调度和动态智能调度。此方法为实际生产中具有复杂工艺的智能调度提供了全新的思路和方法。（4）首次提出了通过主轴电流杂波成分识别复杂工况铣刀磨损状态的研究思想。目前针对刀具磨损监测的研究方法众多,其中主轴电流监测方法由于不影响到机床的正常加工而被广泛采用,但目前方法很难适用于复杂工况下的刀具磨损监测,限制了其在实际工业环境中的应用。针对主轴电流受切削工艺参数影响无法适应复杂工况条件下刀具磨损监测的问题,本论文开创性的提出了一种基于主轴电流杂波和深度卷积神经网络的复杂工况下刀具磨损监测方法。通过剔除电流信号中反映切削参数变化的相关信息,保留与刀具磨损状态相关性强的杂波成分,并基于深度卷积神经网络设计一种Le Net-WSRMC网络,自适应地挖掘主轴电流杂波中蕴含的刀具磨损状态特征,并通过实验验证了该方法的有效性。（5）基于上述理论和方法研究,围绕面向智能制造的数字化车间信息互联架构及其智能功能搭建了仿真验证平台,基于客户机/服务器（C/S）模式完成两种数字化车间网络架构中MES层和SCADA监控层应用程序的开发,构建了数字化制造车间MES层、SCADA层和设备层三层网络架构。并在该信息互联架构软件环境下对本文提出的信息交互机制、WDF模型、PMF模型,WDF信息组织架构及基于复杂工艺路径规划模型的智能调度方法进行仿真验证。最后,将本文提出的面向智能制造的数字化车间信息互联模型及信息共享机制在北京北一机床有限公司数字化制造车间进行了应用验证通过仿真平台与现场验证,证明了本文的研究成果的可行性、适用性及有效性。
孔令勇[7]（2020）在《基于多传感器信息融合的加工工艺参数优化及工艺诊断》文中指出在切削加工过程中,振动是影响加工精度的重要因素。复杂薄壁结构件刚度低、加工工艺性差,切削加工过程中极易引发振动。针对复杂薄壁件铣削加工工艺性差的问题,通过对加工过程的监测、模态测试和阶次分析,并结合实际加工工况对铣削加工进行工艺诊断。颤振是车削加工过程中的主要振动形式,针对复杂薄壁件车削加工易产生颤振的问题,通过工艺参数优化法实现对车削颤振的抑制。首先,仅仅依赖传感信号监测机床加工状态,因无法感知机床实际运动状态、刀具类型以及切削状态,所以无法做到准确可靠的工艺诊断和工艺参数优化。本文采用OPC UA数控系统通讯技术和多传感器信息监测设计了多源信息集成的立式加工中心监测系统和车削加工中心监测系统。立式加工中心监测系统能够对切削加工过程传感信息进行工艺标签化处理,实现了基于传感状态信息和加工工艺信息的多源信息集成的工艺诊断和工艺优化。车削加工中心监测系统针对切削稳定性问题,实现了基于切削振动信号在线监测和工艺参数优化。其次,为了解决复杂薄壁结构件铣削加工工艺性差,易产生振动等问题,基于所开发的多源信息集成监测系统开展了工艺诊断研究。为了实现准确可靠的工艺诊断,首先对立式加工中心切削工艺系统进行了试验模态测试和主轴振动阶次分析,获取了切削工艺系统固有模态和强迫振动特性参数。然后对复杂薄壁件整个切削加工过程进行多源信息数据监测采集,诊断出了整个走刀轨迹上引起切削颤振和强迫振动的工艺系统薄弱环节,针对性地提出了工艺优化方案。然后,为了解决复杂薄壁结构件在车削加工过程中因不同切削位置工件结构刚度和切削线速度差异明显导致的切削颤振问题。本文基于车削振动信号建立了车削颤振在线监测识别方法,基于车削稳定性理论建立了车削工艺参数优化模型,通过理论仿真试验,证明了两者相结合可实现整个车削加工过程的切削颤振的抑制。最后,本文基于所开发的车削加工中心监测系统和车削工艺参数优化模型开展了复杂薄壁件车削振动在线监测和工艺优化试验,验证所提优化模型的有效性。试验结果表明,通过切削工艺参数优化,复杂薄壁件车削加工振动与未进行工艺参数优化相比,整体振动下降了50%,证明了通过优化工艺参数抑制颤振的有效性。
常飞虎[8]（2020）在《自动进料快速对心数控破竹机的设计与研究》文中研究说明原竹剖分是竹材工业前序工段高效加工中的重要共性技术。目前原竹的剖分加工,主要靠人工目测原竹胸径、更换刀盘,手持式撞击破竹,存在原竹剖分精度低、自动化程度低、加工效率低、劳动强度大、安全性能差等问题。针对以上问题,开发了一种自动进料快速对心的连续破竹技术及数控自动破竹设备,该设备集合了竹段自动上料和自动检测技术,竹段径级识别和自动换刀技术、竹段快速对心矫正等技术。本文阐述了自动进料快速对心数控自动破竹机的开发过程、机械结构设计原理,详述了关键部件的设计,针对数控破竹机整体机械结构,绘制了三维模型;介绍了设备的总体控制系统和各个功能控制系统,并进行了有限元静力学分析,得到了关键部位的应力和位移云图,计算校核其刚度和强度,最后对自动进料快速对心数控破竹机进行了样机试制和运行试验。得出研究结果及创新成果如下:（1）研究了自动进料快速对心数控破竹机的设计目标和功能,确定了样机总体结构方案。通过功能分析,对自动进料快速对心破竹机进行机构设计,确定了核心机构的主要参数。对推竹机构的工作原理和结构进行分析和设计,根据额定功率的计算结果,准确选型电机,避免造成能源浪费。（2）完成了自动进料快速对心数控破竹机的机械设计。设计“钩抓”自动上料装置,实现了单个竹段连续上料;设计了竹段径级识别及自动换刀装置,同时根据竹段直径自动更换所需刀具,实现了破竹智能化换刀;通过对竹段对心机构的研究分析,设计了刀具、夹料臂、推竹盘三线合一的破竹模式。（3）利用有限元分析软件Ansys workbench15.0建立主要受力核心结构等关键部件的有限元模型,对刀盘和破竹刀具进行有限元静力学分析,得到了相应结构的等效应力、等效位移云图,对主要受力结构的刚度和强度进行了校核,以保证刀盘刀具强度,刚度等满足使用要求。（4）设备系统采用PLC控制技术,实现全程自动控制,同时可实现手动操作系统进行控制,设计了实时状态监控系统,对设备运行进行实时监控。（5）进行了样机试验验证,计算了样机的出材率,对中率和毛边率,并进行了样机的破竹效率与传统人工破竹设备对比试验。经试验验证得出:样机的破竹速度最快可达到16.8m/min（8段/分钟）,与传统人工破竹相比,效率提高了2倍。出材率与传统人工破竹相近,毛边率为7.6%,比人工破竹的毛边率更低,对中率达到了93.6%,满足竹条的均匀性要求。自动进料快速对心连续破竹机具有对心快速、加工效率高、操作简单、运行稳定、作业安全等优点,设备的研发有力促进了破竹机技术的发展,对于单机设备技术提升和竹条连续化智能化生产线的研发打下了坚实的技术基础。
刘建康[9]（2020）在《面向集群部署的微服务架构数控系统研究》文中研究表明智能数控机床可以在保证加工精度、提高机床加工效率的基础上,减少人工操作干预、降低对操作人员的专业能力需求,是实现智能车间、无人工厂的必要条件,为解决人口老龄化加剧、高级技能人才不足等社会问题提供了有效途径。当前,主流市场上的数控系统仍然采用封闭式体系结构,因多源信息接入能力差而导致不能生成有效的智能决策,在制造系统中只能充当一个被动执行的角色,越来越不能满足柔性化、敏捷化、定制化的生产需求。因此,本文以实现智能数控加工车间为目标,设计开发了基于微服务架构的开放式数控系统。采用边缘计算的思想,在车间层部署云计算平台,满足万物互联背景下车间工业大数据低时延传输和处理需求,为车间智能化提供大规模并行计算能力。在此基础上,基于控制系统即服务（Control System as a Service,CSaa S）的理念,将车间内的设备控制系统集成在边缘云计算平台中,形成一个车间集群控制系统方案。继而面向车间集群控制系统提出了基于微服务架构的开放式数控系统体系结构,构建了基于微服务架构的数控系统设计技术框架。采用领域驱动设计思想,将数控系统拆分为一系列松散耦合、独立部署的微服务,并利用着色Petri网对数控系统微服务架构进行形式化建模和仿真,验证了系统架构的可行性。微服务是微服务架构数控系统的基本构成单元,开发工作也以微服务为单位实现团队分工。为了协调不同团队的开发工作,提出了基于消费者驱动契约的数控微服务开发模式,制订了具有标准语义的微服务接口契约,并建立了基于IEC 61499功能块的数控微服务层次结构模型。基于上述微服务接口契约和结构模型,分别开发实现了四个基础数控微服务:NCK微服务、Gcode微服务、RTE微服务和HMI微服务。为了在集群环境中保证数控系统实时性需求,对数控系统任务进行了类型划分,并制定了多核处理器分组调度策略。针对数控系统中具有生产者/消费者关系的数据流任务提出了反馈调度策略,通过实时监测缓存数据消耗速度,调整生产者任务的执行周期,使缓存中数据余量保持动态平衡,避免数据断流现象。针对数控系统硬实时任务,研究了任务可调度性、执行周期、延迟对控制系统稳定性和控制质量的影响。为保证分配到同一组CPU核心上的实时任务的可调度性,提出了基于响应时间的实时任务周期分配方法和基于处理器利用率的启发式周期优化方法。提出了基于容器技术的微服务架构数控系统可重构配置策略,为智能功能的灵活扩展奠定了基础。车间集群控制系统运行在一个工业服务器集群中,本文将集群节点划分为数控节点、数据节点和Web服务节点等,分别实现设备控制、大数据处理、Web服务等功能。微服务架构数控系统基于Kafka、Docker、Kubernetes等技术部署在数控节点中,并通过Ether CAT等实时以太网控制数控机床等设备。采用万兆数据网络、千兆管理网络、实时以太网、车间无线网络共同构成了车间集群控制系统网络,并对车间内的实时以太网拓扑结构和可靠性与容错技术进行了研究。最后采用一台工业服务器和两台数控机床搭建了微服务架构数控系统实验平台,并进行了相关性能测试和加工实验,验证了整体系统方案的可行性。
尚关卿[10]（2020）在《面向智能制造车间的数控机床边缘端服务平台技术研究》文中认为智能制造车间产生的数据增长速度日益加快,对当前利用中心云集中式存储、分析和处理数据的模式带来了沉重的压力。边缘计算,旨在离设备距离更近的网络边缘就近提供数据采集、存储、计算和数据处理等服务。数控机床作为智能制造车间生产加工中的重要组成部分,其每天产生的数据中蕴藏着很高的工业价值。为此,本文提出一种面向智能制造车间的数控机床边缘端服务平台,具体研究内容如下:（1）在当前技术深入研究的基础上,从平台体系架构、平台功能结构和平台业务流程模型设计了数控机床边缘端服务平台的整体架构,阐述了平台框架实现过程中所使用的数控机床自适应数据采集、数控机床过程数据的边缘计算、OPC UA统一架构、MQTT统一接口等相关关键技术。（2）研究了几种主流数控系统的数据采集方法,针对传统的等时间间隔采集机床数据造成的数据冗余问题,分别研究了基于一元线性回归和基于旋转门算法的自适应数据采集方法,对比分析了两种算法的适用场合,并设计实现了数控机床自适应数据采集模块。（3）研究了数控机床过程数据的边缘计算技术,采用基于Apache Flink架构的数据处理方法处理机床过程数据,针对实时效能、故障诊断、OEE指标、生产进度与剩余工时、刀具状态监控等具体业务,进行了计算方法分析,设计了边缘服务数据库存储结构以及数据的上下行传输方案,提出了基于AES对称加密的数据报文安全性设计方法。（4）研究了统一接口技术,智能制造车间数控系统种类繁多,涉及到的通讯协议多种多样,导致数据统一采集困难,通过对几种主流数控系统设备通讯集成中间件以及基于工业4.0标准的OPC UA统一架构的研究,设计并实现了数控机床数据采集统一接口模块,对于物联网统一接口,基于MQTT应用模式,设计并实现了物联网平台统一接口模块。（5）设计并开发了数控机床边缘端服务平台原型系统的各个模块,并基于学院实验室智能制造车间中的西门子、法兰克、海德汉数控系统的机床,测试了服务平台各项功能的可行性,最后,在MES系统中进行了集成与应用,验证了本文研究方法的有效性。
二、数控加工在线监控系统的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、数控加工在线监控系统的研究（论文提纲范文）
（1）基于边缘计算的智能数控系统实现方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景及意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究背景及意义 |
| 1.2 数控系统架构现状及发展趋势 |
| 1.3 云架构数控系统研究现状 |
| 1.4 边缘计算架构数控系统研究现状 |
| 1.4.1 边缘计算架构研究现状 |
| 1.4.2 边缘计算数控系统技术应用 |
| 1.5 当前研究存在的问题 |
| 1.6 论文的主要研究内容 |
| 第2章 边缘计算数控系统体系架构设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 智能制造下的边缘计算体系架构 |
| 2.2.1 边缘的概念与特点 |
| 2.2.2 边缘计算在智能制造中的体系层级 |
| 2.3 边缘计算数控系统体系环境建模 |
| 2.3.1 数控系统中边缘计算智能功能 |
| 2.3.2 数控系统中边缘计算物理平台 |
| 2.4 边缘计算数控系统总体架构设计 |
| 2.5 机床数控系统模拟测试平台 |
| 2.5.1 机床执行端设备模拟 |
| 2.5.2 机床边缘控制模拟测试软件 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 边缘计算架构数控系统的关键模块开发 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 边缘计算数控系统的程序开发模式 |
| 3.2.1 基于模块化设计的边缘计算数控系统 |
| 3.2.2 子模块间交互调度及内部代码设计模式 |
| 3.2.3 插补子模块程序接口及代码调度示例 |
| 3.3 边缘计算数控系统平台集成 |
| 3.4 边缘运动控制模块设计 |
| 3.4.1 Sercos-Ⅲ的通讯程序设计 |
| 3.4.2 基于Sercos的机床边缘运动控制技术 |
| 3.5 边缘逻辑控制模块设计 |
| 3.5.1 边缘逻辑控制模块的搭建 |
| 3.5.2 基于软PLC的边缘逻辑控制程序设计 |
| 3.6 边缘计算服务器搭建 |
| 3.6.1 云存储服务器搭建 |
| 3.6.2 云计算服务器搭建 |
| 3.6.3 工业云平台物联网接入 |
| 3.7 边缘计算数控系统的搭建与调试 |
| 3.7.1 边缘数控系统执行模块搭建及调试 |
| 3.7.2 边缘计算数控系统的云环境搭建及调试 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 基于边云协同的数控系统感知与分析技术 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于边云协同的数控系统感知与分析模块总体架构 |
| 4.3 数据实时感知技术基础 |
| 4.3.1 高速信号采集数据流模型 |
| 4.3.2 经典采样定理理论 |
| 4.3.3 高速信号采样通讯方式 |
| 4.3.4 RTX实时系统及时钟性能分析 |
| 4.4 数据实时采集周期的智能补偿策略 |
| 4.4.1 时钟周期累积误差智能补偿 |
| 4.4.2 时钟周期临界误差智能补偿 |
| 4.4.3 时钟周期优先级误差智能补偿 |
| 4.5 智能实时采样补偿策略应用与验证 |
| 4.6 多源感知数据的智能融合关联策略 |
| 4.6.1 多尺度感知数据的智能融合方法 |
| 4.6.2 多源数据的智能关联方法 |
| 4.7 智能融合关联策略实验验证 |
| 4.8 边云混合交互的多维关联数据智能分析 |
| 4.8.1 加工参数驱动的动态关联分析模型 |
| 4.8.2 基于边云混合的智能关联仿真分析 |
| 4.9 本章小结 |
| 第5章 基于边云协同的加工优化与控制技术 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于边云协同的铣削力优化理论研究 |
| 5.2.1 整体螺旋刃立铣刀铣削机理 |
| 5.2.2 铣削力波动建模 |
| 5.2.3 虚拟刃投影等效替换方法 |
| 5.3 铣削力波动特征理论推导 |
| 5.3.1 铣削力波动一致性 |
| 5.3.2 铣削力波动的周期性 |
| 5.3.3 铣削力波动的对称性 |
| 5.3.4 铣削力波动强度指数 |
| 5.4 铣削力波动理论实验验证 |
| 5.5 基于边云协同的铣削力优化知识集搭建 |
| 5.5.1 边缘端铣削力波动预测方法 |
| 5.5.2 基于边云协同的铣削力离线优化方法 |
| 5.6 边缘数控系统加工实验测试 |
| 5.6.1 基于边云协同的在线控制测试 |
| 5.6.2 基于边云协同的离线铣削力参数优化测试 |
| 5.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 G代码插补子模块代码程序开发示例 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及专利 |
| 致谢 |
（2）五轴并联自动钻铆机在线逆向编程系统设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 国内外研究历史与现状 |
| 1.3 本文的主要贡献与创新 |
| 1.4 本论文的结构安排 |
| 第二章 技术路线 |
| 2.1 五轴并联钻铆机运动特性分析 |
| 2.2 在线自适应测量 |
| 2.2.1 蒙皮特征点视觉找正 |
| 2.2.2 法向标定与检测 |
| 2.2.3 RTCP调法轨迹规划 |
| 2.2.4 特征点示教 |
| 2.3 蒙皮特征点前置处理 |
| 2.3.1 特征点物理轴数据至几何轴数据变换 |
| 2.3.2 特征点蒙皮域面法矢运算 |
| 2.3.3 特征点点位坐标运算 |
| 2.4 加工轨迹重构 |
| 2.4.1 曲线拟合 |
| 2.4.2 钻铆点位匹配迭代 |
| 2.5 钻铆点后置处理 |
| 2.5.1 钻铆点几何旋转轴数据运算 |
| 2.5.2 钻铆点几何直线轴数据运算 |
| 2.5.3 钻铆点几何轴数据至物理轴数据变换 |
| 2.6 坐标系位姿变换 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 系统设计 |
| 3.1 系统需求分析 |
| 3.1.1 系统总体需求 |
| 3.1.2 人机界面功能需求 |
| 3.1.3 数据管理功能需求 |
| 3.1.4 数据采集功能需求 |
| 3.1.5 运动控制功能需求 |
| 3.1.6 加工程序后置处理功能需求 |
| 3.1.7 非功能性需求 |
| 3.2 系统详细设计 |
| 3.2.1 系统人机界面设计 |
| 3.2.2 数据管理功能设计 |
| 3.2.3 数据采集功能设计 |
| 3.2.4 运动控制功能设计 |
| 3.2.5 加工程序后置处理功能设计 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 系统实现与测试 |
| 4.1 开发环境 |
| 4.2 系统实现 |
| 4.2.1 人机界面功能实现 |
| 4.2.2 数据管理功能实现 |
| 4.2.3 数据采集功能实现 |
| 4.2.4 运动控制功能实现 |
| 4.2.5 加工程序后置处理功能实现 |
| 4.3 系统测试 |
| 4.3.1 系统功能性测试 |
| 4.3.2 系统实现结果测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（3）船用柴油机关键件数字孪生车间平台关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 船用柴油机关键件生产现状 |
| 1.2.2 数字孪生技术应用现状 |
| 1.2.3 质量管控技术研究概况 |
| 1.2.4 生产效率及能耗在线优化技术研究概况 |
| 1.3 论文研究内容及结构安排 |
| 1.3.1 论文主要研究工作 |
| 1.3.2 论文章节安排 |
| 1.4 本章小结 |
| 第2章 船用柴油机关键件数字孪生车间平台总体方案设计 |
| 2.1 数字孪生车间平台需求分析 |
| 2.2 数字孪生车间平台方案设计 |
| 2.2.1 平台总体架构 |
| 2.2.2 平台主要研究目标 |
| 2.2.3 平台主要系统组成 |
| 2.3 数字孪生车间平台开发主要支撑技术 |
| 2.3.1 平台开发环境及工具 |
| 2.3.2 基于Solid Works与3ds MAX的三维模型构建技术 |
| 2.3.3 基于Campus Builer车间场景建模技术 |
| 2.3.4 基于ThingJS的三维模型数据驱动技术 |
| 2.3.5 基于Winform项目的后台界面构建技术 |
| 2.3.6 基于MATLAB的智能算法开发技术 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 船用柴油机关键件加工质量动态管控技术研究 |
| 3.1 基于数字孪生的加工质量动态管控方案设计 |
| 3.1.1 加工质量管控方案的总体架构设计 |
| 3.1.2 加工过程质量管控的总体流程设计 |
| 3.1.3 加工质量管控数字孪生模型构建 |
| 3.2 车间孪生体模型构建 |
| 3.2.1 基于模块化车间资源虚拟模型创建 |
| 3.2.2 虚拟车间场景模型构建 |
| 3.2.3 数字孪生车间模型构建 |
| 3.3 基于BP-RBF神经网络的刀具寿命预测 |
| 3.3.1 刀具寿命预测流程构建 |
| 3.3.2 RBF神经网络算法简介 |
| 3.3.3 BP-RBF神经网络的学习算法 |
| 3.3.4 基于BP-RBF神经网络刀具寿命预测模型 |
| 3.4 工件粗糙度和刀具磨损量的决策优化 |
| 3.4.1 粗糙度与磨损量诊断模型 |
| 3.4.2 遗传算法的改进 |
| 3.4.3 虚实数据融合方法简介 |
| 3.4.4 改进遗传算法与虚实数据融合方法联合 |
| 3.5 功能算法的设计与平台集成 |
| 3.5.1 智能算法的设计与封装 |
| 3.5.2 算法与数字孪生车间平台集成 |
| 3.5.3 实验与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 船用柴油机关键件生产效率和能耗在线优化技术研究 |
| 4.1 生产效率和能耗评价优化方案设计 |
| 4.1.1 生产效率和能耗评价优化的总体架构设计 |
| 4.1.2 生产效率和能耗在线评价优化总体流程设计 |
| 4.1.3 生产效率和能耗在线评价优化数字孪生模型构建 |
| 4.2 生产效率和能耗评价优化模型分析 |
| 4.2.1 评价优化可行性研究 |
| 4.2.2 数学模型构建 |
| 4.2.3 约束处理分析 |
| 4.3 优化算法选择与设计 |
| 4.3.1 改进遗传算法 |
| 4.3.2 粒子群算法 |
| 4.3.3 改进遗传算法与粒子群算法联合 |
| 4.3.4 虚实数据融合方法 |
| 4.4 IGA-PSO联合算法编写与平台集成 |
| 4.4.1 基于MATLAB的 IGA-PSO联合算法设计与封装 |
| 4.4.2 IGA-PSO联合算法与数字孪生车间平台集成 |
| 4.4.3 实验与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 数字孪生车间平台实现与应用实例 |
| 5.1 系统简介 |
| 5.1.1 船用柴油机关键件数字孪生车间平台总体开发 |
| 5.1.2 平台硬件构成 |
| 5.1.3 软件平台简介 |
| 5.1.4 数字孪生车间平台运行流程图 |
| 5.2 实例应用 |
| 5.2.1 后端车间服务系统登录 |
| 5.2.2 车间服务系统管理 |
| 5.2.3 平台初始化 |
| 5.2.4 数字孪生车间平台功能实现 |
| 5.3 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间学术成果及参与的项目 |
| 致谢 |
（4）数控机床在线断刀监测系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题概述 |
| 1.1.1 课题研究背景 |
| 1.1.2 课题的研究现状 |
| 1.1.3 课题的来源 |
| 1.2 课题的意义和创新点 |
| 1.2.1 课题的意义 |
| 1.2.2 课题的创新点 |
| 1.3 论文的主要工作和章节安排 |
| 1.3.1 论文的主要工作 |
| 1.3.2 论文的章节安排 |
| 第2章 在线断刀监测系统的总体方案设计 |
| 2.1 系统设计需求 |
| 2.2 系统检测原理 |
| 2.2.1 断刀检测原理 |
| 2.2.2 断刀识别原理 |
| 2.3 电路设计相关简介 |
| 2.3.1 主控芯片选型 |
| 2.3.2 电路板设计技巧 |
| 2.3.3 触摸屏工作原理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 在线断刀监测系统的硬件方案设计 |
| 3.1 在线断刀监测系统的硬件设计方案 |
| 3.2 在线断刀监测系统的电路设计 |
| 3.2.1 数据采集电路设计 |
| 3.2.2 SDRAM驱动电路设计 |
| 3.2.3 液晶驱动电路设计 |
| 3.2.4 USB下载电路设计 |
| 3.2.5 输入和报警电路设计 |
| 3.2.6 FLASH驱动电路 |
| 3.3 电路板设计 |
| 3.3.1 电路板设计的方案一 |
| 3.3.2 电路板设计的方案二 |
| 3.3.3 电路板设计的方案三 |
| 3.3.4 三种方案的总结 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 在线断刀监测系统的软件方案设计 |
| 4.1 在线断刀监测系统的软件设计方案 |
| 4.2 数据处理程序的开发 |
| 4.2.1 数据采集程序设计 |
| 4.2.2 数据存储程序设计 |
| 4.3 液晶驱动程序的开发 |
| 4.3.1 液晶控制器介绍 |
| 4.3.2 液晶驱动程序设计 |
| 4.4 触摸驱动程序的开发 |
| 4.4.1 触摸屏驱动程序设计 |
| 4.4.2 触摸屏校准程序设计 |
| 4.5 系统控制程序开发 |
| 4.5.1 控制程序功能需求 |
| 4.5.2 图形库的架构介绍 |
| 4.5.3 控制程序开发流程 |
| 4.5.4 控制程序软件设计 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 测试实验与结果分析 |
| 5.1 模拟实验 |
| 5.1.1 实验过程与准备 |
| 5.1.2 实验环境与方案 |
| 5.1.3 实验结果与分析 |
| 5.2 实际测试 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 指导教师对研究生学位论文的学术评语 |
| 学位论文答辩委员会决议书 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间的研究成果 |
（5）面向制造单元的数字孪生体建模与管控技术研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 单元化生产模式的产生与发展趋势 |
| 1.2.2 生产运行管控研究现状与发展趋势 |
| 1.2.3 数字孪生在生产系统中的研究与应用 |
| 1.3 研究目的与意义 |
| 1.4 课题主要来源 |
| 1.5 课题的主要研究内容及整体架构 |
| 2 基于数字孪生的制造单元及管控策略 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 DT-MCell概述 |
| 2.2.1 DT-MCell内涵与特征 |
| 2.2.2 DT-MCell 组成与功能 |
| 2.3 DT-MCell管控策略 |
| 2.3.1 DT-MCell管控架构 |
| 2.3.2 DT-MCell运行机制 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 制造单元数字孪生体建模方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 制造单元数字孪生体建模流程 |
| 3.3 基于语义本体的DT-MCell资源结构建模 |
| 3.3.1 DT-MCell制造资源形式化表达 |
| 3.3.2 DT-MCell语义本体模型 |
| 3.3.3 DT-MCell数据本体模型 |
| 3.4 基于混合建模方法的DT-MCell管控行为建模 |
| 3.4.1 混合建模方法概述 |
| 3.4.2 混合模型定义与形式化表达 |
| 3.4.3 DT-MCell管控行为的混合建模 |
| 3.5 DT-MCell多视图管控场景集成建模方法与协同机制 |
| 3.5.1 DT-MCell多视图管控场景集成建模方法 |
| 3.5.2 DT-MCell多视图模型协同机制 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 数字孪生体驱动的制造单元管控技术 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 数字孪生驱动的制造单元管控指标体系设计 |
| 4.2.1 基于公理化设计的管控指标体系设计 |
| 4.2.2 DT-MCell管控数据模型 |
| 4.3 基于虚实同步技术的可视化实时监控 |
| 4.3.1 DT-MCell物理资源标识和采集技术 |
| 4.3.2 DT-MCell虚实映射和通讯技术 |
| 4.3.3 DT-MCell可视化实时监控模型 |
| 4.4 基于知识推理的DT-MCell生产异常诊断方法 |
| 4.4.1 DT-MCell生产异常分析及其故障树构建 |
| 4.4.2 DT-MCell生产异常专家知识系统构建 |
| 4.4.3 基于推理机的生产异常诊断及反馈控制方法 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 DT-MCell原型系统开发与验证 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 开发与验证环境概述 |
| 5.2.1 开发与验证环境搭建 |
| 5.2.2 硬件架构设计 |
| 5.3 原型系统开发与验证 |
| 5.3.1 系统运行流程设计 |
| 5.3.2 孪生体模型构建 |
| 5.3.3 管控系统集成开发 |
| 5.3.4 仿真与验证 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（6）基于信息互联的数字化车间智能化关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 数字化车间是制造业向着智能化发展的基础 |
| 1.1.2 制造过程信息的互联互通是制造车间智能化的关键 |
| 1.1.3 信息模型是互联互通的基础 |
| 1.1.4 制造车间智能化技术是实现智能制造的核心技术 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 数字化车间智能化技术及应用研究现状 |
| 1.2.2 数字化车间信息模型研究现状 |
| 1.2.3 信息集成研究现状 |
| 1.2.4 数字化车间智能调度研究现状 |
| 1.2.5 数字化车间智能监控研究现状 |
| 1.2.6 国内外研究现状分析 |
| 1.3 课题来源及主要主要研究内容 |
| 1.3.1 课题来源 |
| 1.3.2 课题的主要研究内容 |
| 1.4 论文研究内容的总体框架 |
| 第2章 面向智能制造的数字化车间智能化技术体系架构研究 |
| 2.1 面向智能制造的数字化车间的智能化技术体系架构 |
| 2.1.1 智能技术特征 |
| 2.1.2 智能功能特征 |
| 2.1.3 智能网络特征 |
| 2.2 面向智能制造的数字化车间互联网络体系结构 |
| 2.3 面向智能制造的数字化车间信息交互机制 |
| 2.3.1 工单定义格式 |
| 2.3.2 过程消息格式 |
| 2.3.3 解析器 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 面向智能制造的数字化车间信息模型研究 |
| 3.1 面向智能制造数字化车间制造过程信息互联架构 |
| 3.2 工单定义格式(WDF) |
| 3.2.1 功能模型 |
| 3.2.2 资源模型 |
| 3.3 WDF信息组织结构 |
| 3.3.1 纵向嵌套规则 |
| 3.3.2 横向链接规则 |
| 3.4 资源驱动机制 |
| 3.5 WDF的生命周期 |
| 3.6 过程消息格式(PMF) |
| 3.6.1 消息族 |
| 3.6.2 信息交互模式 |
| 3.6.3 消息传递级别 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 基于复杂工艺路径规划的数字化车间智能调度研究 |
| 4.1 高级计划与排程(APS)概述 |
| 4.1.1 APS的构成 |
| 4.1.2 APS的定位 |
| 4.2 数字化车间调度问题研究 |
| 4.2.1 传统作业车间调度问题描述 |
| 4.2.2 柔性作业车间调度问题描述 |
| 4.3 工艺路径规划模型 |
| 4.3.1 PR-AOV网络 |
| 4.3.2 PP-AOE网络 |
| 4.4 基于工艺路径规划模型的多目标柔性作业车间调度方法 |
| 4.5 数字化作业车间的准静态与动态调度 |
| 4.5.1 准静态调度 |
| 4.5.2 动态调度 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于主轴电流杂波的刀具磨损状态智能识别研究 |
| 5.1 主轴电流杂波映射刀具磨损机理 |
| 5.1.1 铣削力与刀具磨损关系 |
| 5.1.2 主轴电流与铣削力关系 |
| 5.2 铣刀磨损状态的智能识别方法 |
| 5.3 深度卷积神经网络模型 |
| 5.3.1 输入层 |
| 5.3.2 卷积层 |
| 5.3.3 池化层 |
| 5.3.4 全连接层 |
| 5.3.5 输出层 |
| 5.3.6 损失函数 |
| 5.3.7 反向传播算法 |
| 5.4 试验验证 |
| 5.4.1 实验装置 |
| 5.4.2 实验数据集 |
| 5.4.3 实验结果讨论与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 验证与分析 |
| 6.1 现场验证 |
| 6.1.1 企业概述 |
| 6.1.2 企业数字化车间信息互联存在的问题分析 |
| 6.1.3 验证现场环境 |
| 6.1.4 验证方案 |
| 6.1.5 验证步骤及过程 |
| 6.2 仿真平台验证 |
| 6.2.1 系统架构及开发工具的选择 |
| 6.2.2 MES应用程序 |
| 6.2.3 SCADA应用程序 |
| 6.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录A 常用数据类型的描述和编码 |
| 附录B Function类可能包含的属性和元素 |
| 附录C Resource类可能包含的属性和元素 |
| 附录D PMF消息可能包含的属性和元素 |
| 附录E 典型零件的图纸与工艺 |
| 攻读博士学位期间所发表的学术论文 |
| 致谢 |
（7）基于多传感器信息融合的加工工艺参数优化及工艺诊断（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 机床状态监测技术研究现状 |
| 1.2.2 工艺参数优化研究现状 |
| 1.2.3 工艺诊断研究现状 |
| 1.3 课题来源及主要研究内容 |
| 1.3.1 课题来源 |
| 1.3.2 主要研究内容 |
| 第2章 基于多传感器信息融合的机床运行状态监测系统 |
| 2.1 三轴立式加工中心监测系统 |
| 2.1.1 三轴立式加工中心监测系统的整体架构 |
| 2.1.2 三轴立式加工中心监测系统的硬件平台搭建 |
| 2.1.3 三轴立式加工中心监测系统的软件主要功能开发 |
| 2.1.4 三轴立式加工中心监测系统整体设计 |
| 2.2 车削加工中心监测系统 |
| 2.2.1 车削加工中心监测系统整体架构 |
| 2.2.2 车削加工中心监测系统的硬件平台搭建 |
| 2.2.3 车削加工中心监测系统的软件主要功能开发 |
| 2.2.4 车削加工中心监测系统整体设计 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 基于多传感器信息融合的工艺诊断 |
| 3.1 工艺诊断理论研究 |
| 3.2 工艺诊断的必要性和加工路径介绍 |
| 3.2.1 工艺诊断的必要性 |
| 3.2.2 加工路径介绍 |
| 3.3 刚性诊断 |
| 3.4 工艺系统模态性能测试与分析 |
| 3.4.1 模态测试原理 |
| 3.4.2 模态测试试验过程 |
| 3.4.3 模态测试结果分析 |
| 3.5 基于阶次分析的工艺诊断 |
| 3.5.1 阶次分析理论 |
| 3.5.2 阶次分析过程 |
| 3.6 时域和频域分析诊断 |
| 3.7 工艺优化 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 工艺参数优化法抑制颤振研究 |
| 4.1 机床颤振机理研究 |
| 4.2 车削动力学模型的建立 |
| 4.3 切削颤振控制方法概述 |
| 4.4 优化主轴转速抑制颤振研究 |
| 4.4.1 优化主轴转速抑制颤振原理及优化策略研究 |
| 4.4.2 约束条件设计 |
| 4.4.3 颤振在线识别 |
| 4.5 工艺参数优化法抑制颤振仿真研究 |
| 4.5.1 仿真模型的建立 |
| 4.5.2 仿真图像对比分析 |
| 4.5.3 仿真试验 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 工艺参数优化试验研究 |
| 5.1 试验获取固有频率 |
| 5.2 优化工艺参数抑制颤振试验 |
| 5.2.1 试验方案及实施 |
| 5.2.2 试验结果分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间所发表的学术论文 |
| 致谢 |
（8）自动进料快速对心数控破竹机的设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 竹材破竹工艺的发展现状 |
| 1.2.2 国外破竹设备发展历程与研究现状 |
| 1.2.3 国内破竹设备发展历程与研究现状 |
| 1.3 经费来源 |
| 1.4 论文研究的目标和内容 |
| 1.4.1 研究目标 |
| 1.4.2 主要研究内容 |
| 1.5 技术路线 |
| 2 自动进料快速对心数控破竹机的总体设计 |
| 2.1 自动进料快速对心数控破竹机的设计要求 |
| 2.2 总体布局要求 |
| 2.3 整体结构与布局确定 |
| 2.4 自动进料快速对心数控破竹机主要参数设计 |
| 2.4.1 自动进料快速对心数控破竹机刀具数量的设计 |
| 2.4.2 自动进料快速对心数控破竹机破竹速度的设计 |
| 2.4.3 自动进料快速对心数控破竹机轮廓尺寸的设计 |
| 2.5 推竹机构电机选择和推竹进料功率的确定 |
| 2.6 自动进料快速对心数控破竹机技术参数的确定 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 自动进料快速对心数控破竹机结构设计 |
| 3.1 自动进料快速对心数控破竹机整体设计 |
| 3.2 整体机架的设计 |
| 3.3 竹段进料机构的设计 |
| 3.4 竹段径级识别装置的设计 |
| 3.5 快速对心机构的设计 |
| 3.6 刀盘及换刀机构的设计 |
| 3.7 推竹装置的设计 |
| 3.8 出料机构的设计 |
| 3.9 本章小结 |
| 4 自动进料快速对心数控破竹机主要零部件的有限元分析 |
| 4.1 有限元分析方法简介 |
| 4.2 自动进料快速对心数控破竹机的静力学分析 |
| 4.2.1 刀盘的静力学分析 |
| 4.2.2 刀具的静力学分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 自动进料快速对心数控破竹机的控制系统设计 |
| 5.1 手动控制系统 |
| 5.2 竹段上料检测、直径在线检测系统 |
| 5.3 刀库控制系统 |
| 5.4 实时状态监控系统 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 自动进料快速对心数控破竹机运行试验 |
| 6.1 试验目的 |
| 6.2 试验材料 |
| 6.3 试验方法步骤 |
| 6.4 试验结果及分析 |
| 6.4.1 竹段理想数学模型 |
| 6.4.2 竹条参数计算 |
| 6.4.3 数据结果分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在读期间的学术研究 |
| 致谢 |
（9）面向集群部署的微服务架构数控系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景 |
| 1.2 数控系统相关研究现状 |
| 1.2.1 开放式数控系统研究现状 |
| 1.2.2 智能化数控系统研究现状 |
| 1.2.3 数控系统软硬件结构研究现状 |
| 1.2.4 数控系统实时性研究现状 |
| 1.3 微服务架构及其在数控领域的应用 |
| 1.3.1 微服务架构和面向服务架构 |
| 1.3.2 微服务架构在数控系统中的应用 |
| 1.4 当前研究存在的问题 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 面向车间集群控制的微服务架构数控系统设计 |
| 2.1 基于边缘计算的车间集群控制系统方案 |
| 2.1.1 面向智能车间场景的边缘计算架构 |
| 2.1.2 集散控制系统与集群控制系统 |
| 2.1.3 车间集群控制系统人机交互方式 |
| 2.2 面向集群控制的微服务架构数控系统设计技术框架 |
| 2.3 微服务架构数控系统结构设计 |
| 2.3.1 数控微服务划分策略 |
| 2.3.2 基于子领域的数控系统微服务划分 |
| 2.3.3 基于消息通信的分布式数控系统体系结构 |
| 2.4 基于Petri网的微服务架构形式化建模与验证 |
| 2.4.1 基于着色Petri网的形式化描述方法 |
| 2.4.2 基于着色Petri网的形式化建模与验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 微服务架构数控系统开发关键技术研究 |
| 3.1 基于消费者驱动契约的数控微服务开发模式 |
| 3.1.1 基于消费者驱动契约的微服务开发流程 |
| 3.1.2 数控微服务接口契约制订 |
| 3.2 基于IEC61499功能块的数控微服务层次结构模型 |
| 3.3 NCK微服务开发关键技术 |
| 3.3.1 NCK微服务IEC61499 功能块开发 |
| 3.3.2 基于滑动窗口的前瞻速度规划方法 |
| 3.4 其他微服务开发关键技术 |
| 3.4.1 Gcode微服务 |
| 3.4.2 RTE微服务开发 |
| 3.4.3 HMI微服务和Web人机界面 |
| 3.4.4 其他智能功能微服务扩展策略 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 微服务架构数控系统实时任务调度研究 |
| 4.1 微服务架构数控系统任务类型及调度策略 |
| 4.1.1 数控系统任务类型划分 |
| 4.1.2 多核处理器分组调度策略 |
| 4.2 数控系统数据流任务调度研究 |
| 4.2.1 数控系统数据流模型及反馈调度算法 |
| 4.2.2 反馈调度算法实验验证 |
| 4.3 数控系统硬实时任务调度研究 |
| 4.3.1 实时任务可调度性判据 |
| 4.3.2 可调度性对控制稳定性的影响 |
| 4.3.3 周期和延迟对控制质量的影响 |
| 4.4 实时任务调度参数选择和优化 |
| 4.4.1 基于响应时间的实时任务周期分配 |
| 4.4.2 启发式实时任务调度参数优化方法 |
| 4.4.3 启发式任务周期优化方法实验验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 微服务架构数控系统集群部署与功能验证 |
| 5.1 微服务架构数控系统集群配置部署策略 |
| 5.2 车间集群控制系统运行环境搭建 |
| 5.2.1 集群节点划分及基础软件部署 |
| 5.2.2 车间集群控制系统网络结构 |
| 5.2.3 车间集群控制系统可靠性与容错技术 |
| 5.3 微服务架构数控系统集群配置部署 |
| 5.3.1 Kafka消息代理集群部署及应用配置 |
| 5.3.2 数控微服务Docker容器镜像构建 |
| 5.3.3 基于Kubernetes的数控微服务集群部署 |
| 5.3.4 Ether CAT容器配置部署 |
| 5.4 微服务架构数控系统实验测试 |
| 5.4.1 实验平台搭建 |
| 5.4.2 关键性能测试 |
| 5.4.3 智能颤振抑制微服务功能测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（10）面向智能制造车间的数控机床边缘端服务平台技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 缩略词 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外相关技术研究情况 |
| 1.2.1 智能制造车间信息化发展现状 |
| 1.2.2 数控机床数据采集技术 |
| 1.2.3 工业互联网中的边缘计算技术 |
| 1.3 本文主要的研究内容 |
| 第二章 边缘端服务平台总体设计 |
| 2.1 需求分析 |
| 2.2 边缘端服务平台总体设计 |
| 2.2.1 边缘端服务平台体系架构模型 |
| 2.2.2 边缘端服务平台功能结构模型 |
| 2.2.3 边缘端服务平台业务流程模型 |
| 2.3 关键技术研究 |
| 2.3.1 数控机床自适应数据采集技术 |
| 2.3.2 数控机床过程数据的边缘计算技术 |
| 2.3.3 统一接口技术 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 数控机床自适应数据采集技术的研究与实现 |
| 3.1 主流数控机床数据采集方法研究 |
| 3.1.1 SIEMENS数控系统的通讯方式和数据采集方法 |
| 3.1.2 FANUC数控系统的通讯方式和数据采集方法 |
| 3.1.3 HEIDENHAIN数控系统的通讯方式和数据采集方法 |
| 3.2 自适应数据采集方法研究 |
| 3.2.1 传统等时间间隔采集问题分析 |
| 3.2.2 基于一元线性回归的自适应采集方法 |
| 3.2.3 基于旋转门算法的自适应采集方法 |
| 3.3 数控机床自适应数据采集方法与实现 |
| 3.3.1 二种数控机床自适应采集方法的效果分析 |
| 3.3.2 设计与实现 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 数控机床过程数据的边缘计算技术研究与实现 |
| 4.1 基于Apache Flink的机床过程数据的处理方法 |
| 4.2 数控机床设备数据分析处理指标的确定 |
| 4.3 数据的计算分析 |
| 4.3.1 实时效能分析计算 |
| 4.3.2 故障诊断分析计算 |
| 4.3.3 OEE指标分析计算 |
| 4.3.4 生产进度统计与剩余工时分析计算 |
| 4.3.5 刀具状态监控分析计算 |
| 4.4 数据的存储 |
| 4.4.1 Mysql数据库的选择 |
| 4.4.2 本地数据库存储结构设计 |
| 4.5 数据的传输 |
| 4.5.1 数据上下行传输方案设计 |
| 4.5.2 数据传输报文安全性设计 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 统一接口技术的研究与实现 |
| 5.1 OPC UA工业统一接口技术的研究与实现 |
| 5.1.1 车间异构数控机床信息源模型建立的研究 |
| 5.1.2 基于OPC UA的数控机床信息源模型的映射 |
| 5.1.3 基于OPC UA工业统一接口的实现方法 |
| 5.2 数控机床集成通讯中间件设计 |
| 5.2.1 数控机床集成通讯中间件结构设计 |
| 5.2.2 数控机床数据采集点位地址分析 |
| 5.2.3 数控机床集成通讯库封装方法与实现 |
| 5.3 MQTT物联网统一接口技术的研究与实现 |
| 5.3.1 MQTT协议在系统中的应用模式 |
| 5.3.2 机床通讯报文到MQTT报文的封装 |
| 5.3.3 基于MQTT协议的物联网平台接口设计与实现 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 数控机床边缘端服务平台原型系统的开发与验证 |
| 6.1 开发环境选择 |
| 6.1.1 硬件环境选择 |
| 6.1.2 软件环境选择 |
| 6.2 原型系统平台总体功能设计 |
| 6.3 平台功能开发 |
| 6.3.1 用户登录管理模块 |
| 6.3.2 机床管理模块 |
| 6.3.3 自适应数据采集服务配置管理模块 |
| 6.3.4 边缘计算服务管理模块 |
| 6.3.5 云平台接口服务管理模块 |
| 6.3.6 OPC UA接口服务管理模块 |
| 6.3.7 实时监控模块 |
| 6.4 实验测试 |
| 6.4.1 连接OneNet云平台数据上下行测试 |
| 6.4.2 OPC UA Server统一接口测试 |
| 6.5 在智能制造实验室MES系统中的集成与应用 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
四、数控加工在线监控系统的研究（论文参考文献）
- [1]基于边缘计算的智能数控系统实现方法研究[D]. 孟博洋. 哈尔滨理工大学, 2021
- [2]五轴并联自动钻铆机在线逆向编程系统设计[D]. 申少泽. 电子科技大学, 2021(01)
- [3]船用柴油机关键件数字孪生车间平台关键技术研究[D]. 张杰. 江苏科技大学, 2020(02)
- [4]数控机床在线断刀监测系统研究[D]. 方诚明. 深圳大学, 2020(01)
- [5]面向制造单元的数字孪生体建模与管控技术研究[D]. 王译晨. 北京交通大学, 2020(03)
- [6]基于信息互联的数字化车间智能化关键技术研究[D]. 宋铠钰. 北京工业大学, 2020
- [7]基于多传感器信息融合的加工工艺参数优化及工艺诊断[D]. 孔令勇. 北京工业大学, 2020(06)
- [8]自动进料快速对心数控破竹机的设计与研究[D]. 常飞虎. 中国林业科学研究院, 2020
- [9]面向集群部署的微服务架构数控系统研究[D]. 刘建康. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [10]面向智能制造车间的数控机床边缘端服务平台技术研究[D]. 尚关卿. 南京航空航天大学, 2020(07)