利用物联网技术对智能建筑进行工程预算是一种新型的技术手段,物联网技术通过智能系统提高成本控制的准确性,对于智能建筑项目进行成本预算和控制有十分重要的作用。物联网技术的广泛应用是智能建筑的基本特点,一般通过开环控制和闭环控制的结合,以及定性控制与定量控制的结合的采用多模态控制方式,这种方式可以帮人们处理大量的系统问题,通过大数据收集资料和人工智能的科学推理,可以对人类的行为和思维进行感知模拟,对智能建筑中5A系统的精准控制。物联网通常使用射频设备、定位系统、激光扫描设备和红外感应器设备等信息通讯传感器,通过网络把所有设备都连接起来,来使信息互联互通,实现在物联网技术下智能识别、智能定位、智能跟踪、智能监控的管理体系,可以对智能建筑中的各种设备进行有效管理,让设备和系统进行信息互通和远程共享,通过收集大量的数据信息可以构建一个参量体系,通过参量系统优化智能建筑使用成本,给人们提供绿色环保、舒适健康的生活环境。
3物联网技术下智能建筑工程造价
利用物联网技术和参量体系可以得到大量信息,通过信息的处理计算得到成本数据和工程量,根据国家规定定额标准得到工程造价的目标函数。运用BIM智能建筑模型,合理的博弈控制函数设计进行智能建筑的造价预测。物联网技术下智能建筑的工程造价分析模型主要有三种,(1)通过对建筑的主要参数数据的基础上构建模型。(2)通过物联网技术模糊控制和逻辑控制来构建模型。(3)通过物联网技术下拟自然随机最小二乘拟合来构建模型。这种方法由于计算量较大,计算复杂程度较高,无法保证计算的准确性。为了提高计算的准确性,本文提出一种基于物联网技术约束参量和工程造价预测模型的方法来提高智能建筑成本控制进度和工程造价预测准确性。
4物联网技术进行成本控制参量体系
在智能建筑中工程造价是指工程建设中所需要投入的资金,主要包括前期的投资估算、项目过程中的工程结算、完工后的竣工决算。在智能建筑施工过程中,可以运用物联网技术对项目成本和工程造价进行有效控制。第一,合理分析智能建筑工程造价的约束函数和参量体系;第二,为了构建物联网技术下智能建筑参量体系和约束模型,需要对建筑规划、消防、交通、环保等实现工程造价合理评估和预测。通过参量体系和约束模型进行智能管理控制,保证智能建筑项目施工进度和施工品质。通过构建物联网技术参数模型,保证了智能建筑材料合理选择和建筑施工成本的精准预测。在物联网技术智能建筑成本控制预算中,往往忽视交叉因子对成本的影响。智能建筑在物联网技术的支持下实现自动网络控制,利用智能建筑自动控制网络中的三种通信协议实现效益评估,可以有效地计算出智能建筑控制成本,在构建物联网技术下智能建筑的成本控制参量体系中,利用物联网技术对工程造价模型设计,实现对智能建筑工程造价成本有效控制和精准预测。由此可见,在物联网技术下构建智能建筑参量体系是实现成本控制的重要途径。
5智能建筑目标模型构建及设计优化
6物联网技术下仿真实验和分析
为了对上述模型和参数进行检验,以及物联网技术下智能建筑成本控制和工程造价分析的可行性,通常需要采用一种仿真软件进行分析和研究,根据国家预算定额可以设计物联网技术下智能建筑成本参量数据表。通过成本参量数据表进行物联网技术下智能建筑成本控制和工程造价仿真建模,对物联网技术下预测数值仿真,通过仿真可以得到不同的成本控制数据,为了要论证结果,可以把物联网技术智能建筑仿真结果和传统模型计算结果进行对比。从仿真结果可以看出,采用本文所使用的方法有效地降低了项目建设成本,成功的对智能建筑成本控制进行了优化。由此可见,通过仿真实验模拟进行实验得出的结果是有科学性和可行性的。
7物联网下智能建筑展望
物联网技术在建筑业、工业、电子行业、交通行业、汽车行业都有了深入的应用。随着科技的不断进步,智能建筑在物联网的发展下将结构、系统、服务、管理跟用户需求进行优化组合。智能建筑不仅可以提高舒适的环境,还可以提高工作效率,降低建筑成本,已经成为智慧城市发展的必然趋势。目前智能建筑主要体现在系统设备自动化和通信系统信息化,随着科技的发展,物联网技术下的智能建筑会采用系统信息综合管理,对智能建筑内所有的设备信息进行收集、传输和处理,在物联网下智能建筑可以实现人与物的连接,物与物的连接,通过云计算收集处理和人工智能逻辑分析决策,朝着智能化方向发展。
关键词:数字化车间;智能制造;纺机专件
中图分类号:TH164文献标志码:A
OnPromotingIntelligentManufacturingofTextileMachineryAccessorieswiththeConstructionofDigitalizedWorkshop
Abstract:Thepaperintroducestheoverallstructureofdigitalizedworkshopforintelligentmanufacturing.Itsuggeststhattheconstructionofdigitalapplicationplatformshouldplayequalemphasisoncarryingoutbusinessprocessbasedonmodelmanufacturingandnumerically-controlledmanufacturingofmachinepartsbasedonmodeltechnology.Italsoanalyzesthestructureandmainfunctionsofenterpriseinformationnetworkanditsconnectionwithdigitalizedworkshop.
Keywords:digitalizedworkshop;intelligentmanufacturing;textilemachineryaccessories
随着“中国制造2025”的出台,经纬纺机榆次分公司在跻身全国首批200家两化融合管理体系认证企业之列的同时,按照以智能制造推进企业制造转型升级的思路,对纺机专件产品智能制造数字化车间进行了系统性打造,力争通过智能制造项目的实施,实现纺织专件制造的全面提升。
1智能制造数字化车间的总体架构
以罗拉产品为例,智能制造数字化车间总体架构如图1所示。
总体架构设计分企业层、车间层、控制层、设备层等4级模型,第一级企业层主要以PLM、ERP为数据平台,集成应用有CAD、CAE、CAPP、CAM、虚拟制造、过程仿真等;第二级车间层主要以MES为数据平台,集成功能有计划排程管理、生产调度管理、库存管理、采购管理、设备管理、刀具管理、工装管理、质量管理、成本管理、人力资源管理、看板管理、生产过程控制等;第3级控制层和第4级设备层以网络DNC为数据平台,包括控制层的过程控制系统、数据采集系统与设备层的数控机床、机器人(机械手)、输送系统、工业识别系统、工业控制系统、仪器仪表分析系统等。4级模型是建立在工艺流程、车间布局、产能优化模拟仿真的基础之上,遵循基于模型定义MBD(Model-BasedDefinition)的数字化设计与制造方法。
2智能制造数字化车间各平台的功能建设
2.1数字化应用平台的建设
数字化应用平台的建设围绕基于模型的制造执行业务流程和基于模型技术的零件数控加工制造两个方面进行重点打造。
2.1.1基于模型的制造执行业务流程(图2)
在PLM中完成产品、工艺、工装设计与验证后,对产品EBOM与工艺PBOM发送的ERP系统进行主计划编制,形成生产工单与物料BOM,再发送到PLM和MES系统;PLM系统接收到生产工单与物料清单后,与对应版本的产品和工艺数据组合,形成制造工作包,下发到MES系统;MES系统接收到生产工单和制造工作包后,进行生产排程和物料准备,然后下发到工作中心,进行生产制造、产品检验及数据采集,必要时进行现场问题反馈和超差品处理,最终将数据返回PLM系统,将计划完工和物料消耗等数据返回ERP系统。
2.1.2基于模型技术的零件数控加工制造
基于模型技术的零件数控加工制造的打造要通过后置处理产生数控程序(NC)代码,NC代码在PLM平台中进行版本控制和文件管理,通过PLM与DNC的紧密集成,实现基于模型技术的数控加工编程的输出与加工机床的连接。数控程序的管理是将其挂接在工艺结构上的数控工序下,基于工序对象实现版本控制,在统一的流程控制下实现数控程序下发和回传。
各种信息的交互实现如下。
(1)数控程序传输到数控机床:工艺人员根据流程指令可选择程序(系统自动保证最新流程中版本),通过DNC接口下发到相应数控机床。
(2)在数控机床上查看和首件试切:机床上操作者即可查询到可下传的NC程序列表。NC程序通过同MES系统关联化管理,机床操作者可以直观查看执行具体工序内容、每个工序使用的NC程序,根据需要可以查看工序三维模型和尺寸要求。
(4)DNC系统可以将NC程序文件直接提供给机床控制器。借助车间连接,机床操作员可直接访问生产数据。操作员可通过作业编号或工作数据包标示符找到生产所需的正确数据文件,包括NC程序、刀具清单、设置表和图纸。
2.2信息网络平台的搭建及其功能
2.2.1企业信息网络架构(图3)
图3中上层为企业局域网,覆盖了公司产品研发、生产经营、销售采购、质量、人力资源、财务等各职能部门和生产车间,由50多台服务器作为数据服务平台;下层为车间设备层DNC网络,与数控机床、机械手、输送系统、工业识别系统、工业控制系统、仪器仪表分析系统及管理人员客户端等实现连接,并通过网络交换设备连接公司局域网。
2.2.2信息网络平台的主要功能
(1)基于PLM平台的集成化系统
在统一的平台上实现需求的解析和确立、功能架构、逻辑设计、物理设计及系统验证,实现系统驱动的产品开发,使企业可以从整体上把握价值链的上下游系统。通过设计流程,可早期全面理解产品,使各个部门都能对整个系统有一个全面的了解,企业可以利用所掌握的知识来更好地权衡影响具体设计、制造、销售、采购和服务决策的各种因素。
(2)专业CAE分析
(3)基于模型的全生命周期质量管理
在产品设计阶段,直接从模型中提取数模和进行尺寸建模,通过仿真产品的制造和装配过程预测产品的尺寸质量和偏差源贡献因子,实现模型中公差分配的优化。在工艺规划阶段,实现基于实体模型三维标注驱动的智能化离线编程与虚拟仿真,有效准确地传递尺寸设计信息,确保数字化测量路径规划与虚拟仿真验证结果的可靠性与唯一性,为输出高质量零缺陷的执行程序提供有力支持。在产品生产阶段,通过对实时生产质量信息跟踪、分析和,帮助管理人员及时发现生产过程中的质量问题,通过对制造数据的深度关联分析,寻求问题的根本解决方案,同时将产品开发过程中制造质量和设计质量挂钩,形成企业质量管理的闭环。
(4)基于模型的零件工艺
以产品三维模型为基础,工艺设计和CAM编程基于产品设计数据,并且通过工艺与产品、制造资源的关联实现设计与制造过程中关键元素的有机结合;以制造特征为内在因素构建结构化的工艺结构,为下游ERP、MES系统做数据准备;基于产品三维模型的工艺设计过程是工艺仿真验证的基础,通过对工艺资源进行三维建模,实现产品加工和装配的仿真验证;三维实体造型的工艺展现形式使工艺表达形式更为直观,手段更为丰富,对于车间工人操作更加具有现实意义;面向产品设计的编程,识别零件特征与公差要求,基于典型零件和特征的模板化编程,可以提高编程效率,改善质量,减少对员工经验的过分依赖。
(5)基于模型的数字化制造-质量检测基于数字化检测,提供从检测编程到检测执行的功能,涵盖从制造工程到生产执行的环节。数字化检测与三维尺寸公差仿真、测量数据统计分析共同构成了全面的质量管理体系,帮助企业提升产品制造质量。
(6)基于模型的作业指导书
将格式多样、关系复杂的产品定义、制造过程定义和沉淀的工艺知识等信息展现到制造现场或维护维修现场,使现场人员无二义地快速理解和执行,是整个基于模型的数字化工厂体系的重要一环。提供满足数字化需求的纸质和电子作业指导、脱机和实时联机的作业指导、基于Web的在线作业指导、3D交互式作业指导和基于便携终端的作业指导。
(7)基于模型的实做数据管理
将制造执行系统中的产品制造过程、检验结果、消耗的物料、任务批次等信息组成实做数据,提交给PLM系统,以实做BOM的形式进行管理,构成完整的实物的虚拟表现,固化和追踪产品实物技术状态。
3数字化车间的实施
建设纺机专件产品智能制造数字化车间,企业要以两化融合的思想为指导,充分应用现代信息技术、制造技术实现物流、信息流的高度统一,重点是对底层制造自动化、信息集成进行拓展应用。目的是进一步提高生产效率、提升产品质量、缩短产品研发周期、打造信息化环境下企业综合实力以及提高资源和能源利用效率,也是企业主动顺应纺织机械行业由传统制造向现代制造转型升级、实现企业技术创新、面向未来制造业抢占未来市场竞争制高点的战略性举措。
经纬榆次分公司纺机专件罗拉产品数字化车间采用PLM的管理方法,以网络和数据库为技术支撑,从CAD、CAPP、CAM、PDM、ERP等各环节对产品信息进行管理和动态跟踪;运用网络DNC技术对车间数控机床、输送系统、检测系统进行互联和集成;通过物联网技术实现产品制造质量的动态检测和全程跟踪;通过虚拟化的产品规划和设计,利用制造执行系统,赋予工厂更多的灵活性,满足多品种纺机专件产品的混线生产,并可为将来的产能调整做出合理规划。
3.1产品制造流程
罗拉是细纱机牵伸机构的一个重要零件,是决定细纱机成纱指标好坏的核心零件,技术要求极高。细纱机上有6对罗拉,每对罗拉由几十乃至上百节罗拉通过导杆、导孔、内外螺纹及罗拉轴承连接而成,最长可达到40余米,每对罗拉跳动要求不超过0.02mm,因此罗拉的各个技术指标均要达到极高的水平,是一种制造难度和复杂系数极高的产品。目前企业罗拉产品共七大类300余个品种。其工艺流程:备料外协粗加工来料检验切入磨加工双头车连线援齿热处理校直成型磨粗磨轴承档精磨轴承档数控打孔粗磨端面半精磨端面砂光钢丝轮抛光清洗锤前布轮抛光清洗电锤精磨孔端面锤前布轮抛光清洗孔精加工车外螺纹完工检验装配装箱。
3.2生产过程采集与分析系统的建设
经纬榆次分公司罗拉工厂应用无线射频质量跟踪系统,在罗拉生产中及售后进行产品跟踪和质量追溯。
3.2.1罗拉生产的过程采集
罗拉生产加工过程进行跟踪和记录,根据罗拉的材质、加工工艺和规格,在罗拉上打印二维条码来进行跟踪。生产过程处于受控状态,对直接或间接影响产品质量的生产、安装和服务过程所采取的作业技术和生产过程进行分析,诊断和监控。
3.2.2罗拉质量追踪数据的采集及分析系统
质量管理主要记录、跟踪和分析产品及过程质量数据,用以控制产品质量,确定生产中需要注意的问题。
质量数据采集:通过布置在车间的数据采集终端或手持终端上报检验结果,系统自动将数据存储起来,供其他模块进行数据处理和即时显示。
质量检测记录:通过在系统中的“质量检测记录”界面录入检测项目的真实内容信息(如实际尺寸、粗糙度等)。
质量分析:可对车间生产的质量情况,按日、月、年、人、设备、日期等条件或复合条件自动生成报表文件、存储或打印。可以提供有关产品、人员在生产过程中的基本信息给绩效管理系统,通过对信息的汇总分析,以离线或在线的形式提供对当前生产绩效的评价结果。
3.2.3售后产品质量追溯
罗拉产品销售后,可以通过产品的激光条码查到该产品的批次、生产设备及生产人员等信息,客户发现罗拉产品存在质量问题,能及时反馈给罗拉生产厂,作为质量改进的依据。
3.3无线射频质量跟踪系统与其子系统MES系统的集成
企业对无线射频质量跟踪系统与其子系统罗拉厂MES系统实现无缝数据集成。
(1)基于工单的排产及采集信息的集成
罗拉厂MES系统生成工单后,打印产品生产跟踪卡,所有的采集信息(包括物流信息、质量检测数据、激光打码信息)直接录入工单及工单对应的所有产品的数据中,实现了采集数据与工单的无缝数据集成。
(2)质量分析与罗拉厂MES系统的信息集成
技术部门通过经纬纺机无线射频质量跟踪系统的质量分析系统发现问题,及时反馈给罗拉厂MES系统,罗拉厂MES系统及时对生产计划进行调整。
4结束语
关键词:技术创新;装备制造企业;评价指标体系
一、装备制造企业技术创新能力评价指标体系构建
(一)评价指标体系构建
1.评价指标体系构建原则
装备制造企业技术创新能力评价指标体系是对装备制造企业技术创新能力进行准确、科学的评价,体现技术创新能力的优势和不足,从而使装备制造企业有针对性地进行技术创新活动,并为之提供决策的依据。
在建立评价指标体系时还要遵循以下三个基本原则:全面性原则;导向性原则;可行性原则。
综合评价指标体系只有应用于综合评价的实践,方能产生应有的作用。按照可行性原则,建立指标体系应该注意以下三个方面的问题:
首先,指标的可测性:其次,指标的易得性:最后,指标体系的整体性。
2.技术创新文化评价指标
技术创新文化评价指标体系主要的评价指标有:
第一,创新文化的形成与维持能力,衡量装备制造企业内部是否形成了有利于技术创新的文化和氛围。
第二,领导和职工的创新意识与强度,衡量装备制造企业领导者及其带领下的全体员工的创新进取意识。
第三,领导者对待技术创新的态度,衡量装备制造企业领导者是否支持技术创新,是否愿意推广和维持技术创新的连续性。
第四,对创新失败的态度,衡量装备制造企业对于流产的或者成果不佳的创新项目的处理方式。
3.技术创新人力资源评价指标
第一,科技经费投入比重是科技研发投入经费占销售收入的比重,其计算公式如下:
科技经费投入比重=科技研发投入经费/年销售收入。
第二,科技经费投入强度是科技研发投入经费与科技研发人员数量的比值,其计算公式如下:
科技经费投入强度=科技研发投入经费/科技研发人员总数。
第三,培训费用比重是培训费用占销售收入的比重,其计算公式如下:
科技培训费用比重=培训费用/年销售收入。
第四,科技研发人员比重是科技研发人员数量占企业员工总数的比重,其计算公式如下:
科技研发人员比重=科技研发人员数量/企业员工总数。
第五,科技奖金比重是每年用于对科技奖励的奖金总额与当年科技研发人员数量的比重,其计算公式如下:
科技奖金比重=每年奖金总额/科技研发人员数量。
4.技术创新营销能力评价指标
装备制造企业创新营销能力反映的是使消费者接受新产品的能力,体现着企业创新产品的市场开拓和市场占有。拥有强大的创新营销能力可以使企业获得较好的经济效益,使技术创新得以实现。装备制造企业创新营销能力的具体评价指标如下:
第一,新产品产值,衡量新产品的盈利能力,其计算公式为:
新产品产值=新产品销售收入/当年销售收入。
第二,销售人员数量比重,衡量企业销售人员的数量,其计算公式为:
销售人员数量比重=销售人员数量/企业员工总数。
第三,新产品利税比重,其计算公式为:
新产品利税比重=新产品利税/企业当年利税。
第四,主要产品的平均市场占有率,衡量装备制造企业产品在市场上的竞争能力和营销能力,其计算公式为:
平均市场占有率=各主要产品的市场占有率×(该产品销售收入/企业年销售收入)。
5.技术创新环保能力评价指标
技术创新产出不仅体现在经济效益上,也反映在社会效益特别是生态效益上。因此,必须增强装备制造的环保意识和环保能力。
我们通过“万元产值综合能耗”、“工业废水排放达标率”和“工业固体废物综合利用率”这3个指标来评价行业依靠技术创新实现环境保护的能力。
第一,万元产值综合能耗,衡量企业每单位万元产值的综合能耗水平,其计算公式为:
万元产值综合能耗=燃煤耗用量/工业总产值
第二,工业废水排放达标率,衡量企业工业废水排放综合环保达标水平,其计算公式为:
工业废水排放达标率=达标废水排放量/总废水排放量
第三,工业固体废物综合利用率,衡量企业综合循环利用固体废物的能力,其计算公式为:
工业固体废物综合利用率=可利用的固体废物排放量/总固体废物排放量
(二)评价指标体系应用
1.评价指标说明
第一,研究开发能力采用科技经费投入比重、科技人员素质、研发资金年增长率、自主创新率四项指标为二级指标。
第二,引进吸收能力采用技术引进费用比重和引进设备达产率两项指标作为二级指标。
第三,企业生产能力指标采用平均生产设备水平、生产人员综合水平、人均劳动生产率三项指标为二级指标。其中,人均劳动生产率=销售收入总额/员工总数。
第四,创新营销能力指标采用营业费用比重和新产品市场占有率两项指标作为二级指标。其中,营销费用比重=营销费用/(财务费用+管理费用+营销费用)。新产品市场占有率=新产品销售量/当年该产品市场销售总量。
第五,创新环保能力指标采用万元产值综合能耗、工业废水排放达标率和工业固体废物综合利用率三项指标指标为二级指标。
二、研究结论及建议
(一)主要研究结论
本文基于已有文献关于装备制造企业技术创新能力研究成果的基础理论,结合装备制造企业自身特点,将装备制造企业技术创新能力主要划分为技术创新文化能力、创新人力资源能力、创新营销能力以及创新环保能力等四个方面。
本文认为,装备制造企业是能耗和污染较大的企业,要实现企业的可持续发展,为发展循环经济、构建资源节约型和环境友好型社会作贡献,必须增强装备制造的环保意识和环保能力。因此,在阐述装备制造企业技术创新能力构成要素时,将技术创新环保能力作为决定装备制造企业技术创新能力的主要因素之一。
(二)进一步研究建议
装备制造企业技术创新能力的评价问题,许多学者提出了不少的方法和模型。本文构建的装备制造企业技术创新能力评价指标体系以及探讨的评价方法,只是众多研究中的一种,还有许多问题有待今后研究。如:指标设计的合理性问题;指标的完备性问题;指标的内涵问题;指标的归属问题。
参考文献:
[1]黄鲁成,张红彩,《北京制造业行业的技术创新能力研究》,中国科技论坛,2005年第4期
[2]李廉水,周勇,《制造业技术创新能力评价与比较研究一以长三角为例》,科学学与科学技术管理,2005年第3期
[3]凌云,王立军,《先进制造业基地建设的理论与实践》,中国经济出版社,2004第5期
[4]李荣平,《产业技术创新能力评价方法研究》,河北科技大学学报,2003第1期
[5]潘凤湖,《我国装备制造业的发展前景分析》,机电产品开发与创新,2001第6期
作者简介:
目前智能材料在土木工程中的应用主要是结构振动的自动化,包含了自启动,自调整,自调控,自恢复等内容。它的应用有效提高了土木工程结构的耐用性、持久性与稳定性。智能材料在土木工程结构振动控制中的应用为结构振动提供了新的方法与途径,在结构振动系统中使用智能材料已经得到广泛应用,未来发展前景良好。
1智能材料在土木工程结构振动控制中的应用
1.1对智能材料的简述
1.2对结构振动控制的简述
结构振动控制是土木工程建设的一个重要组成部分,建立良好的结构振动控制系统不仅能增加建筑物的使用安全程度,还能够提升房屋使用强度对以及对地下运动的感知力与抵抗力,同时能够减少干扰力因素对房屋的影响,更为重要的是,在发生地质灾害时能够降低损失并进行持续不断的自我调控。虽然结构振动控制系统在我国的发展势头很好,但是在实际运行过程中,我国的结构振动控制技术并不成熟,存有很多严重的问题,比如在灾害发生时系统可能就会停止运行,是因为不能进行外部所需的能源供给。
1.3结构控制应用中存在的问题
上文提到了我国的结构控制技术并不成熟,存在着很多严重的问题,如系统停止运行等。除此之外还有其他的问题,比如系统的预测不准,这主要是以前运用传统材料制作结构控制系统时出现的问题。众所周知,结构控制系统最重要的功能就是与安全有关。上文中提到结构控制系统可以对灾害进行预测,感知地下运动的活动,但是以前就出现过对地下运动感知不准而造成巨大损失的先例。
1.4浅析智能材料在土木工程结构振动控制中的应用
我国智能材料在土木工程结构振动控制中的应用主要是电力设备、降低能耗的被动控制设备以及主要动力系统对振动速度、次数、幅度等的控制。首先来谈谈电力设备,随着智能化程度的不断提高,电力设备在结构振动控制中处于重要位置,而智能材料的运用也是大大提升了电力设备运行的安全性与各项性能;再谈到降低能耗的被动控制设备,整个智能材料在土木工程结构振动控制之中的应用技术上,降低能耗的被动控制设备处于附属地位,主要功能就是怕它消耗太多能耗,由于是降低能耗所需要的,因此这个系统对于当前社会的环保要求来说,尽管处于附属地位,但还是会在未来得到长足的发展;而主要动力系统便是智能材料在土木工程结构振动控制应用的主要部分。结构振动系统功能的实现无一不与主要动力系统有关,而智能材料在主要动力系统中的作用主要是提升了主要动力系统的安全性与稳定性,通过使用智能材料,让主要动力系统的预测更准确,从而避免安全事故的再次发生。用智能材料制造主要动力系统主要是通过电路实现的。
数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术,是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的,是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础,是现代机床装备的灵魂和核心,有着广泛的应用领域和广阔的应用前景。
2.国内外数控系统的发展概况
随着计算机技术的高速发展,传统的制造业开始了根本性变革,各工业发达国家投入巨资,对现代制造技术进行研究开发,提出了全新的制造模式。在现代制造系统中,数控技术是关键技术,它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体,具有高精度、高效率、柔性自动化等特点,对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前,数控技术正在发生根本性变革,由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上,数控系统实现了超薄型、超小型化;在智能化基础上,综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术,数控系统实现了高速、高精、高效控制,加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数,实现了在线诊断和智能化故障处理。
长期以来,我国的数控系统为传统的封闭式体系结构,CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定,加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节,整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下,加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数,无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整,更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量,因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见,传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构,限制了CNC向多变量智能化控制发展,己不适应日益复杂的制造过程,因此,大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为我们国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
3.数控技术的发展趋势
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术发展的趋势来看,主要有如下几个方面:
3.1高精度、高速度的发展趋势
尽管十多年前就出现高精度高速度的趋势,但是科学技术的发展是没有止境的,高精度、高速度的内涵也在不断变化,目前正在向着精度和速度的极限发展。
效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会将其确定为21世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域,年产30万辆的生产节拍是40秒/辆,而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域,其加工的零部件多为薄壁和薄筋,刚度很差,材料为铝或铝合金,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料"掏空"的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
3.25轴联动加工和复合加工机床快速发展
采用5轴联动对三维曲面零件的加工,可用刀具最佳几何形状进行切削,不仅光洁度高,而且效率也大幅度提高。一般认为,1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时,5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因,其价格要比3轴联动数控机床高出数倍,加之编程技术难度较大,制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现,使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低,数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床(含5面加工机床)的发展。3.3智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。
4.结束语
随着人们对数控技术重视,它的发展越发迅速。文中简要陈述当前的发展趋势,另外数控技术的正不断走向集成化,并行化,仍有广阔的发展空间。
参考文献
[1]王立新.浅谈数控技术的发展趋势[J].赤峰学院学报.2007.
[2]董淳.数控系统技术发展的新趋势[J].可编程控制器与工厂自动化.2006.