多态模型的演化及其优化

在智能编程系统中，各工序间准确工序模型的建立是实现智能加工技术的关键，国内外学者对工序模型的建立方法进行了大量的研究。但是，目前大多数工序模型建立方法都很难准确、快速地获取从毛坯到成品的加工过程中多个状态的工序模型，即多态工序模型，从而无法满足智能加工高效率的加工要求。

工件的待加工面可以用二维平面上的（u，v）参数进行表达，其中0≤u，v≤1。当存在法向加工余量时，可加入w变量表示沿曲面法向的位置，从而形成加工余量的三维网格表达（u，v，w）。待去除余量中的任何材料都对应着三维网格中的唯一位置（ui，vj，wk）。若以某一尺度对三维网格进行分割，则每一个分割的三维网格便形成一个体积元。当在加工中深度方向材料完全切除时，可以不考虑w坐标，此时体积元变成深度元［1］。体积元与深度元并不需要严格对应模型的几何形状，只用于描述确定位置处的材料去除，如图2.5和图2.6所示。

图2.5　材料体积元与深度元

（a）体积元（b）深度元

针对上述每个体积元，定义对应的信息模型，信息模型由附加在体积元上的信息单元和数据知识仓库组成。每个信息单元通过体积元位置编码与数据知识仓库关联，实现与体积元位置相关的工艺知识表示、存储和处理。数据知识仓库用于记录现场数据和与体积元位置相关的工艺知识。现场数据包括体积元位置、加工过程信号及其时空映射关系；与体积元位置相关的工艺知识包括现有工艺知识和由现场数据挖掘处理得到的知识，如局部观测模型Y=AX+BU中的输入向量U、状态向量X、输出向量Y、模型参数A和B的辨识结果，以及局部模态刚度、模态频率等动态响应特性参数。状态模型Sk的表示方法如图2.7所示。

图2.6　体积元的其他表达方式

图2.7　状态模型Sk的表示方法(www.xing528.com)

加工过程中，加工位置及加工状态不断发生变化，每个位置处存储的状态模型信息也在不断变化。下面以工序模型为例说明加工过程中的多态演化。工序模型是指在加工过程中与特定加工工序相关的零件几何、加工余量、加工刀具、切削参数、刀具轨迹，以及工艺知识等的模型，它与零件材料切除过程中的几何形状和工艺要求相关。工序模型具有多态性，是指可将从毛坯到成品的加工过程按工步划分为多个状态。多态工序模型可定义为各个状态工序模型的集合，可以表示为

式中：S是多态工序模型集合；Sk是第k个状态的工序模型；n是工步数目。

多态工序模型中由Sk到Sk+1的变化过程称为多态工序模型演化，多态工序模型演化可以表示为

多态工序模型演化如图2.8所示，S0→S1→…→Sk→Sk+1→…→Sn表示加工过程中多个状态的工序模型序列。Mk表示由工序模型Sk到Sk+1的演化模型，Mk有许多演化实现途径，存在如何定义和优化各个演化实现途径的问题。

图2.8　多态工序模型演化

在切削过程中，工序模型演化的实现方式是工序间余量的切除，其中涉及余量分布、刀具序列选择与余量切除的顺序等问题。