智能车间信息物理系统关键技术研究
发布时间：2021-05-11 01:54
智能车间是智能制造的重要载体,其运作方式是通过感知功能获取车间实体中相关的动静态信息,并将其映射入与车间中设备实体对应的数字孪生模型,借助强大的计算能力,结合模型对海量数据进行处理与分析,根据分析结果由精准控制模块对车间设备发布命令,以提高生产效率与质量,实现柔性加工。智能车间拥有感知、计算与反馈控制这三个关键特征,其中感知是实现计算与反馈控制的基础。本学位论文借助信息物理系统（Cyber-physical systems,CPS）的理论与方法建立了智能车间感知层模型,实现了感知功能,并促进了车间设备的互联互通与互操作,探索了感知功能相关的工业以太网技术与传感器时序重构技术,最后利用感知功能解决了数控机床数字孪生中涉及到的刀具状态同步与零件加工参数识别问题。论文的研究内容包括以下四个方面:1.针对智能车间感知功能的实现问题,开展了智能车间CPS相关模型研究。智能车间中存在各类待感知的加工设备,如何实时、准确地获取设备本身的动静态信息是实现设备的感知功能,进而促成设备间互联互通的核心所在。而感知功能的实现离不开车间信息模型的支持。基于OPC UA标准建立了车间信息模型,以实现加工设备的网...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所)辽宁省
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 智能制造核心技术
1.1.2 两种智能制造关键技术
1.2 智能车间与CPS的相关研究
1.2.1 从数字化车间到智能车间
1.2.2 从CPS到CPPS
1.3 论文的研究意义和课题来源
1.4 论文的主要内容及结构安排
第2章 智能车间CPS模型研究
2.1 智能车间关键特征
2.2 信息模型
2.2.1 信息建模的意义与方法
2.2.2 OPC UA标准与建模流程
2.2.3 一种面向感知的车间信息模型
2.3 感知层模型
2.3.1 模型的意义与要素
2.3.2 加工设备最小函数的实现
2.3.3 传感器与功能模块最小函数的实现
2.3.4 最小函数聚合
2.4 3D可视化与FFSM动态模型
2.5 本章小结
第3章 OPC UA TSN门调度算法的研究
3.1 引言
3.2 TSN相关标准
3.2.1 标准体系与时钟同步原理
3.2.2 门调度原理
3.3 引入FCVTS门调度算法
3.3.1 问题的提出
3.3.2 静态门调度算法原理与局限
3.3.3 FCVTS门调度算法
3.4 实验验证
3.4.1 仿真实验配置及静态门调度实验
3.4.2 FCVTS门调度算法实验
3.5 本章小结
第4章 传感器网络中时序重构问题的研究
4.1 引言
4.2 问题描述与分析
4.2.1 智能车间CPS中事件类型的定义与分类
4.2.2 事件时序的直接探测条件
4.3 基于事件整体性的时序重构方法
4.3.1 时序重构方法的必要性
4.3.2 时序重构原理
4.3.3 时序重构的方法
4.4 实验验证
4.5 本章小结
第5章 数控机床刀具加工状态建模问题的研究
5.1 引言
5.2 问题描述
5.3 有限状态机及其模糊化
5.3.1 有限状态机
5.3.2 模糊系统与模糊有限状态机
5.3.3 强模糊划分
5.3.4 状态模糊化与次态更新方法
5.4 切削状态的模糊状态机建模方法
5.4.1 切削状态简图及输入变量的确定
5.4.2 输入变量的语义标记描述
5.5 模型参数优化方法
5.6 预测原理及应用
5.7 实验验证
5.7.1 实验环境与整体配置
5.7.2 模型相对性能对比实验
5.7.3 模型连续预测实验
5.8 本章小结
第6章 基于加速度信号的铣削平面深度识别方法研究
6.1 引言
6.2 矩形铣削平面深度识别应用开发流程
6.3 铣床加工深度识别应用算法
6.3.1 算法概述
6.3.2 数据滤波与时域截取
6.3.3 特征提取
6.3.4 模糊聚类
6.4 实验结果与分析
6.4.1 理想平台实验
6.4.2 仿真对比实验
6.4.3 验证性实验
6.5 本章小结
结束语
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3180488
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所)辽宁省
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 智能制造核心技术
1.1.2 两种智能制造关键技术
1.2 智能车间与CPS的相关研究
1.2.1 从数字化车间到智能车间
1.2.2 从CPS到CPPS
1.3 论文的研究意义和课题来源
1.4 论文的主要内容及结构安排
第2章 智能车间CPS模型研究
2.1 智能车间关键特征
2.2 信息模型
2.2.1 信息建模的意义与方法
2.2.2 OPC UA标准与建模流程
2.2.3 一种面向感知的车间信息模型
2.3 感知层模型
2.3.1 模型的意义与要素
2.3.2 加工设备最小函数的实现
2.3.3 传感器与功能模块最小函数的实现
2.3.4 最小函数聚合
2.4 3D可视化与FFSM动态模型
2.5 本章小结
第3章 OPC UA TSN门调度算法的研究
3.1 引言
3.2 TSN相关标准
3.2.1 标准体系与时钟同步原理
3.2.2 门调度原理
3.3 引入FCVTS门调度算法
3.3.1 问题的提出
3.3.2 静态门调度算法原理与局限
3.3.3 FCVTS门调度算法
3.4 实验验证
3.4.1 仿真实验配置及静态门调度实验
3.4.2 FCVTS门调度算法实验
3.5 本章小结
第4章 传感器网络中时序重构问题的研究
4.1 引言
4.2 问题描述与分析
4.2.1 智能车间CPS中事件类型的定义与分类
4.2.2 事件时序的直接探测条件
4.3 基于事件整体性的时序重构方法
4.3.1 时序重构方法的必要性
4.3.2 时序重构原理
4.3.3 时序重构的方法
4.4 实验验证
4.5 本章小结
第5章 数控机床刀具加工状态建模问题的研究
5.1 引言
5.2 问题描述
5.3 有限状态机及其模糊化
5.3.1 有限状态机
5.3.2 模糊系统与模糊有限状态机
5.3.3 强模糊划分
5.3.4 状态模糊化与次态更新方法
5.4 切削状态的模糊状态机建模方法
5.4.1 切削状态简图及输入变量的确定
5.4.2 输入变量的语义标记描述
5.5 模型参数优化方法
5.6 预测原理及应用
5.7 实验验证
5.7.1 实验环境与整体配置
5.7.2 模型相对性能对比实验
5.7.3 模型连续预测实验
5.8 本章小结
第6章 基于加速度信号的铣削平面深度识别方法研究
6.1 引言
6.2 矩形铣削平面深度识别应用开发流程
6.3 铣床加工深度识别应用算法
6.3.1 算法概述
6.3.2 数据滤波与时域截取
6.3.3 特征提取
6.3.4 模糊聚类
6.4 实验结果与分析
6.4.1 理想平台实验
6.4.2 仿真对比实验
6.4.3 验证性实验
6.5 本章小结
结束语
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3180488
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jjglbs/3180488.html
