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摘要：以機(jī)械加工傳感器為研究對(duì)象，分析了其建模的思想和增強(qiáng)技術(shù)，以此增強(qiáng)了機(jī)械加工傳感器模型的可靠性。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；傳感器；建模；增強(qiáng)技術(shù)

引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)水平的提高，為機(jī)械加工生產(chǎn)效率提供了可靠的保障，進(jìn)而利于生產(chǎn)成本的控制及生產(chǎn)效益的增多。在實(shí)際加工過(guò)程中，機(jī)械加工建模扮演著重要的角色，它有效預(yù)測(cè)了機(jī)械加工的性能，改進(jìn)了機(jī)械加工工藝。在實(shí)際建模過(guò)程中，預(yù)測(cè)目標(biāo)受諸多因素的影響，此時(shí)可結(jié)合預(yù)測(cè)目標(biāo)和影響因素間的關(guān)系，構(gòu)建適合的預(yù)測(cè)模型。但機(jī)械加工的數(shù)量眾多，種類(lèi)豐富，加工過(guò)程各異，因此，各變量間的關(guān)系難以明確。在此情況下，機(jī)械加工建模僅考慮輸入輸出變量間的關(guān)系，很難有效構(gòu)建金屬切削加工模型，進(jìn)而制約著制造技術(shù)的推廣，降低實(shí)效性與適用性。與此同時(shí)，在建模研究過(guò)程中，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的要求相對(duì)較高，不僅要具備一定的數(shù)量，還要擁有一定的質(zhì)量，此時(shí)的數(shù)據(jù)難以從文獻(xiàn)資料或?qū)嶒?yàn)研究中獲取。因此，需要生產(chǎn)實(shí)踐，以保證所有數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型的可用性，最后，仍需要大量的離線實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)建模數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)。

1機(jī)械加工傳感器建模的思想簡(jiǎn)介

針對(duì)機(jī)械加工傳感器建模而言，其基本思想為黑箱建模，此方法是指將復(fù)雜的研究對(duì)象看作為一個(gè)黑箱，借助傳感器對(duì)其輸入與輸出的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)采用人工智能手段，構(gòu)建輸入與輸出二者間變量的關(guān)系，最終將為研究對(duì)象提供一個(gè)描述模型。與此同時(shí)，傳感器將對(duì)研究對(duì)象展開(kāi)實(shí)時(shí)的檢測(cè)，如：輸入與輸出狀態(tài)，結(jié)合二者的變化情況，以此進(jìn)一步修正模型。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道可知，現(xiàn)有的機(jī)械加工預(yù)測(cè)模型與傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)相配合后，有效、全面地掌握了機(jī)械加工的輸入與輸出狀態(tài)，通過(guò)對(duì)二者的分析，為原有模型的改進(jìn)提供了可靠的依據(jù)，而及時(shí)修正后，模型預(yù)測(cè)能力也進(jìn)一步增強(qiáng)。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建機(jī)械加工模型過(guò)程中，應(yīng)關(guān)注傳感器的正確選取，同時(shí)也要豐富信號(hào)處理方法，以此保證切削加工狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷，使加工過(guò)程狀態(tài)與距離希望特性大小及趨勢(shì)等相關(guān)內(nèi)容的預(yù)測(cè)效果將更加顯著[1]。在構(gòu)建機(jī)械加工模型時(shí)，應(yīng)根據(jù)解決方案，選擇適合機(jī)床裝備的傳感器及相關(guān)的信息輸入設(shè)備，以此保證信息搜集的全面、及時(shí)與高效。此時(shí)，機(jī)械加工中涉及的影響因素及其與預(yù)測(cè)目標(biāo)間的關(guān)系均被忽略，而將機(jī)械加工看作為一個(gè)黑箱，此時(shí)僅對(duì)其黑箱的輸入和輸出給予高度關(guān)注即可，而二者狀態(tài)均可通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)全方位的檢測(cè)。在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行首次加工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)國(guó)家的相關(guān)規(guī)定，如：以公用的加工數(shù)據(jù)為依據(jù)設(shè)置初始加工條件，并且將具體加工狀態(tài)及輸出值借助傳感器進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)反饋至原始模型；此后，原始模型借助文獻(xiàn)報(bào)道中所顯示的數(shù)據(jù)，做成相應(yīng)的估計(jì)常值；最后，在明確傳感信息的條件下，逐漸改進(jìn)原始模型。在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行二次加工過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合改進(jìn)模型，對(duì)切削數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。此時(shí)的反復(fù)循環(huán)，使模型憑借加工信息進(jìn)行了不斷地完善，進(jìn)而模型的預(yù)測(cè)能力也將進(jìn)一步增強(qiáng)。

2機(jī)械加工傳感器建模的增強(qiáng)技術(shù)

對(duì)于機(jī)械加工模型而言，其中應(yīng)用傳感器所構(gòu)成的增強(qiáng)模型，提高模型的預(yù)測(cè)能力，具體表現(xiàn)在以下兩方面，一方面，構(gòu)建模型的主要目的是對(duì)性能指標(biāo)的數(shù)值及其趨勢(shì)等進(jìn)行預(yù)測(cè)，此時(shí)的性能指標(biāo)主要來(lái)自于機(jī)械加工的輸入值與機(jī)械加工系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，但通過(guò)研究分析可知，普遍的當(dāng)前狀態(tài)難以獲取，因此，所構(gòu)建的機(jī)械加工模型也缺少科學(xué)性與適用性。但在機(jī)械加工時(shí)利用傳感器，此時(shí)其獲取的檢測(cè)信號(hào)便是當(dāng)前狀態(tài)的結(jié)果，因此，在建模過(guò)程中，應(yīng)用傳感器是必要的。在實(shí)際建模時(shí)，應(yīng)注意傳感器選擇的適合性與信號(hào)處理方法的準(zhǔn)確性，以此保證機(jī)械加工當(dāng)前狀態(tài)的及時(shí)與準(zhǔn)掌握。另一方面，在信息時(shí)代，機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用日漸普遍與廣泛，但其缺點(diǎn)較為明顯，即：昂貴的價(jià)格及較差的準(zhǔn)確性等，同時(shí)其最為顯著的不足是，難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的模型系數(shù)校準(zhǔn)，為了充分發(fā)揮機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫(kù)的作用，保證模型系數(shù)校準(zhǔn)的高效與準(zhǔn)確，需要利用傳感器，輸出標(biāo)定的預(yù)測(cè)模型[2]。例如：以某機(jī)械加工預(yù)測(cè)模型為研究對(duì)象，同一個(gè)加工過(guò)程的預(yù)測(cè)輸出與傳感器檢測(cè)試劑輸出分別為P和S，其中S為實(shí)時(shí)加工的最新顯示，因此，它包含眾多關(guān)于該加工過(guò)程的響應(yīng)信息。此時(shí)，為了確定模型的修正值，應(yīng)選擇適合的方法，而模型的系數(shù)集，其初值應(yīng)有靜態(tài)的加工數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)置。通過(guò)對(duì)機(jī)械加工研究可知，其對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN的應(yīng)用較為普遍，通常情況下，選用名義加工輸入值或傳感器檢測(cè)信號(hào)特征，也可能將二者結(jié)合以此作為輸入值，此方法雖然應(yīng)用效果顯著，但其確定也不容忽視，即：每個(gè)感知過(guò)程均為一個(gè)獨(dú)立事件。因此，為了彌補(bǔ)上述方法的不足，可借助預(yù)測(cè)模型，以此加速模型的感知過(guò)程，同時(shí)感知系統(tǒng)的穩(wěn)定性也將進(jìn)一步增強(qiáng)[3]。將上述方法通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究顯示，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN的學(xué)習(xí)系統(tǒng)LN引入后，將傳感器檢測(cè)功能與模型學(xué)習(xí)能力有機(jī)地結(jié)合，保證了模型預(yù)測(cè)精度的增強(qiáng)。對(duì)于此模型而言，MDB屬于簡(jiǎn)單的加工數(shù)據(jù)庫(kù)，將名義輸入值分別加入到加工系統(tǒng)、加工預(yù)測(cè)模型與學(xué)習(xí)系統(tǒng)LN中，此時(shí)學(xué)習(xí)系統(tǒng)輸入端存在三項(xiàng)輸入，即：名義輸入值、預(yù)測(cè)模型輸出與傳感器輸出，此后利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論，選取給以的學(xué)習(xí)模型，并訓(xùn)練多項(xiàng)輸入信息，進(jìn)而獲得系統(tǒng)增強(qiáng)模型的預(yù)測(cè)輸出[4]。

3結(jié)語(yǔ)

在機(jī)械加工建模過(guò)程中融入傳感器，它促進(jìn)模型預(yù)測(cè)能力的增強(qiáng)，同時(shí)簡(jiǎn)化建模的環(huán)節(jié)和降低建模的難度。本文主要分析了機(jī)械加工傳感器的建模思想，闡述了機(jī)械加工傳感器建模的增強(qiáng)技術(shù)，相信機(jī)械加工傳感器建模的可靠性與適應(yīng)性將不斷增強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

[1]仲作陽(yáng).微機(jī)械諧振器的能量耗散機(jī)理與復(fù)雜動(dòng)力學(xué)特性研究[D].上海:上海交通大學(xué),2014.

[2]汪延成.仿生蜘蛛振動(dòng)感知的硅微加速度傳感器研究[D].杭州:浙江大學(xué),2010.

[3]鄭永.基于時(shí)柵傳感器的精密蝸輪副動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2011.

[4]肖傳明.精密臥式加工中心的綜合動(dòng)態(tài)精度設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].北京:北京工業(yè)大學(xué),2013.

作者：葉婷 單位：西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院