智能CNC加工自动编程系统的开发和应用可行性报告.docx
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智能CNC加工自动编程系统的开发和应用可行性报告.docx
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智能CNC加工自动编程系统的开发和应用可行性报告
智能CNC加工自动编程系统的开发与应用
可行性报告
一、选题的必要性
1、项目所处技术领域产业政策
本项目符合国家产业发展政策和我省的中部崛起发展规划,所支持产业符合江西省委、省政府的把江西省打造成为全国制造基地的发展思路。
数控机床是实现柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造(CIMS)等先进制造理论、技术的基础设备,计算机数控(CNC)系统是其中的核心部分。
随着计算机技术和数控技术的发展,数控机床水平也代表着一个国家的工业化水平,它关系到一个国家发展的战略地位。
工业化国家的机床数控率达50-80%,我国在这方面的差距非常大,CNC系统是主要的薄弱环节。
我国每年都要花费大量的外汇进口数控机床,仍不能满足国内的需求,其主要原因为国外生产的CNC系统大多是专用设备,在结构上提供给用户有限的选择,用户无法对现有的数控设备的功能进行修改以满足自己特殊要求。
国内有不少单位对CNC系统进行了大量的研究和开发工作,有的已形成商品化产品,但在功能、适应性、通用性、价格等方面仍显局限性,无法满足发展国产经济型、高精度、多功能CNC系统的需求。
因此如何有效地解决这些问题,真正切合实际的发展符合我国国情,具有较强竞争能力的国产CNC系统,并形成一定的批量生产的能力,已成为我国数控机床研究开发部门和生产厂家在新世纪的首要任务。
因此,本项目所处技术领域的产业属于国家重点扶持产业。
2、项目所处技术领域技术发展现状
CNC系统包括CAD/CAM、CAPP、数控编程等子系统。
数控编程系统是CNC系统的核心之一。
目前国内企业使用的数控编程系统大体可分为两类:
①分别开发的独立系统,其集成性差;②购买大型的CAD/CAM软件如Pro/E,Euclid系列等,不仅硬件和软件成本昂贵,而且基本没有实现与CAPP系统的集成,一般都采用计算机图形自动编程技术,需要人机交互式地完成大量数据输入和工艺处理,编程过程中人工干预较多,对操作人员有一定的专业要求。
自20世纪80年代以来,先进制造技术在世界范围内得到了迅速发展,作为先进制造技术组成部分的数控自动编程技术,也在不断发展以适应新的制造环境及其支撑平台,其总的发展方向是集成化、智能化、通用化和网络化。
随着计算机技术的高速发展及在各方面的深入应用,特别是人工智能理论与数控技术的发展,对于把CNC加工中的各子系统实现有机、无缝连接的要求越来越强烈,智能Agent技术在应用CNC系统中理论上是可行的。
智能Agent是目前分布式人工智能研究的热点,被认为是具有自主能力、感知能力的计算系统。
由智能Agent组成的多Agent系统是目前针对分布式问题求解的一种较佳途径。
CNC加工问题可作为为一典型的分布式问题来求解。
通过智能Agent,可以把CNC系统中的CAD/CAM、CAPP及自动编程系统实现有机、无缝连接,使其成为一个有机的统一的整体。
系统通过智能Agent,可以根据CAD/CAM中生成的零件图形、CAPP中对该类零件的工艺规划及数控机床的控制指令,自动完成数控编程的任务,使选择的指令更为精确,减少人为因素而造成的失误,提高CNC加工的效率与产品的成品率。
3、项目技术先进性,对相关领域技术进步的推动作用
基于智能Agent的CNC加工自动编程系统是基于网络环境开发研制,由于系统采用人工智能理论中的智能Agent理论,使系统具有主动获取知识的能力,其先进性、适应性、通用性、开放性强。
系统将作为产品应用在CNC加工设备上,应做到设计合理,运行可靠,其性能价格比高于进口同类系统,技术成果水平达到国内先进水平。
本项目的实施对实施CIMS有着非常积极的重要作用,可实现生产加工过程的一体化,对提高产品的精度、质量有着质的意义;同时对人工智能、分布式问题求解也具有推进作用。
4、项目目前进展情况
到目前为止,项目组已经进行了大量前期研究工作,如智能Agent理论与实现的研究、CNC加工控制系统的研究、自动编程理论、方法的研究以及知识发现的研究以及相关的实验,其中关于Agent应用于工业生产的论文2篇(中文核心期刊),CNC加工控制系统一套及其相关论文2篇(中文核心期刊)。
二、技术方案论述
1、项目技术关键点或创新点论述,项目完成时达到的技术水平
1主要关键点:
Ⅰ.对现有的CNC加工各方面及现有的自动编程算法进行分析、研究。
Ⅱ.研究分析分布式人工智能理论技术。
Ⅲ.寻求新的CNC加工自动编程求解算法;寻求能实现把CNC加工各方面有机集成的人工智能方法、理论。
Ⅳ.应用于实际的CNC加工过程,实验检验上述研究成果并分析其优缺点。
Ⅴ.应用人工智能技术对CNC加工的相关领域如决策支持等做一些有关的研究探讨。
核心问题:
寻求新的CNC加工自动编程算法及实现已有的CNC加工的各方面的有机的集成,以期实现对CNC加工问题的智能求解,是本项目的关键问题,也是本项目的重点与难点。
2主要创新点
Ⅰ.通过对现有CNC加工各方面以及现有的自动编程算法分析研究,找出把它们集成为一个统一整体所需的理论与方法;寻找和发现新的自动编程算法。
Ⅱ.利用智能Agent理论与技术把CNC加工过程的各方面如CAD/CAM、CAPP等进行有机的集成,构造一个能对大多数CNC加工适用的智能自动编程系统;通过智能多Agent技术实现智能化的自动编程的主动性及对不同的CNC加工求解的自适应性与能动性,使系统具有较好的通用性与开放性。
Ⅲ.研制一套网络环境下基于智能Agent的CNC加工自动编程系统,实现CNC加工过程中的CAD/CAM、CAPP等子系统的智能、无缝连接,形成以CNC机床加工为中心的智能化的自动加工过程。
3项目完成时达到的技术水平:
系统将作为产品应用在CNC加工设备上,应做到设计合理,运行可靠,其性能价格比高于进口同类系统,技术成果水平达到国内先进水平。
2、项目技术方案论述
针对CNC加工问题本身的特点及有机集成要求,拟采用优化理论和分布式人工智能中的智能Agent理论对该问题进行研究,寻找新的CNC加工自动编程算法并实现CNC加工过程中各方面的有机集成,使其具有很强的通用性和自适应性;从理论上分析研究所得结果的优缺点,并通过在CNC加工设备上调试和试运行等实验的方法予以验证。
本课题研究采用的技术已在其它一些领域获得过比较成功的应用,将其应用在CNC加工领域从理论上是可行的。
3、项目技术质量指标
系统研制成功后,应达到以下要求:
①.系统设计合理,运行可靠。
②.系统具备网络环境下参与CNC加工过程的功能。
③.系统自动生成的加工代码应满足被控机床的要求。
④.汉化图形界面,操作简便。
4、分阶段描述项目执行过程中各阶段目标
年度
研究开发的年度计划及年度目标
2006
9-12月:
系统调研、收集相关资料,制定系统总体设计方案。
2007
1-3月:
系统分析,制定详细规划,并从理论上对CNC加工问题进行深入研究,给出系统的需求分析及系统各模块的详细设计。
4-6月:
理论研究与系统设计。
7-9月:
理论研究与程序设计、调试。
10-12:
撰写学术论文与程序设计、调试。
2008
1-3月:
系统调试及试运行。
4-6月:
系统维护与自我评价。
7-9月:
系统维护。
10-12:
系统总结,并整理课题鉴定所需的材料。
5、项目经费预算情况
项目投资与资金筹措单位:
万元
序号
项目
金额
1
投资总
117.5
固定资产投资
70
流动资金
47.5
2
资金筹措
117.5
自筹资金
87.5
其中:
已完成投资
60
新增投资
10
申请科技三项经费
20
借(贷)款
0
申请科技三项经费使用预算表
序
号
名称
单
位
数
量
金额
(万元)
使用时间
1
开发费
13.0
2007年全年
项目开发人员费
1.7
2007年全年
原材料动力费
6
2007年全年
检测费
0.8
2007年全年
调研费
1.2
2008年7月
查新费
0.3
2007年3月
技术咨询费
1.5
2007年4月
转让、合作费
1.5
2
设备费
3
申请
三项经费资助
1
3
2008年1月开始使用
3
试制费
3.5
人员费
0.5
2008年1月
原材料动力费
1.5
2008年1月
检测费
1.5
2008年3月
4
鉴定验收费
0.5
2008年12月
三 项目实施支撑条件
1、项目实验、检测条件
项目申请单位南昌市科学器材公司,充分利用人才优势和技术储备优势,依托南昌大学专业研究人员负责项目的组织申报,技术研究开发,提供全部实验
2、项目申请单位人才资源情况
项目申请单位南昌市科学器材公司,成立于1985,隶属于南昌市科技局,主要从事合作投资开发高新技术产品,实行产学研一条龙。
课题组邀请南昌大学信息工程学院和江南电子仪器厂技术专家指导工作,在技术力量和设备条件等方面都具备完成该课题的能力。
近几年来,课题组主要成员一直从事CNC系统的研究与开发工作,主要研究如何将先进的计算机控制技术与廉价、可靠的步进驱动系统相结合,形成一套较先进的CNC系统。
已研制成功一套基于Windows98/2000环境的CNC加工系统,系统采用面向对象的程序设计方法,汉化图形界面,并且有多任务处理功能,可完成加工件的造型和图形模拟,并实时跟踪显示加工轨迹。
在加工过程中能安全可靠运行其他应用程序。
该成果已通过省科技厅组织的省级鉴定,且发表相关学术论文3篇,其中核心刊物2篇。
课题组主要成员对加工板材的计算机排料、布局也有比较系统、深入的研究,研制成功一套计算机布局系统。
系统在相关单位得到应用,该成果已通过省科委组织的省级鉴定。
上述工作,为本课题的研究打下了坚实的基础。
四、项目预期经济效益
1、预期市场需求
随着我国改革开放的深入,国民经济的进一步的发展,市场对产品的质量要求越来越高,制约产品质量的一个重要因素就是产品的精度问题,这个问题的解决依赖于高精密度的机床,目前,我国对此类产品的生产依然处于落后,其主要原因在于我国生产的CNC自动化程度相比较低,各个部件各自为政,人工干预太多,不可避免的使得最终加工出来的产品精度大为下降,而国外此类产品价格十分昂贵,动辙数十万美元,高则数百万美元,很多在引进以后还必须做相应改造才能实用,且缺乏知识产权。
本系统研制成功后,性价比将超过目前国内外的同类产品,可满足发展国产经济型、高精度、多功能CNC系统的需求,同时可为国家节约大量宝贵的外汇,提升产品的质量,从而提高产品的竞争力,并具有了自己的独立知识产权。
因此随着我国经济的进一步快速增长,市场对本系统的需求也将十分强烈。
2、预期盈利水平
随着社会经济的发展,越来越多的企业涉及制造领域,社会对CNC系统的需求也将变得十分旺盛,保守估算以每年销售200套计,每套10万元,年产值将达到2000万元。
本系统研制成功对环境无任何影响。
3、预期产业化前景
CNC是制造业的基础,也是产品质量保证的前提,国民经济的发展、国家竞争力的提高、国家的可持续发展都有赖于制造业的更大的进步。
在目前竞争白热化的国际环境中,谁拥有产品质量的保证,谁对市场的占有就有了保证,因此,发达国家对于这方面的研究一直长盛不衰,投入的比重也越来越高,市场需求十分旺盛。
所以,本项目不管是在推广应用前景,还是产业化需求,都有十分重要意义。
4、项目实施风险分析
本项目以南昌大学信息工程学院专家为技术依托,技术力量雄厚。
项目组人才结构合理,技术优势突出,长期工作在科研的第一线,且具有丰富的CNC开发经验。
本项目使用技术均有坚实理论基础,且经过长期的技术储备,已研制成功了一套CNC加工控制系统。
项目创新点突出,制定实施方案科学合理,关键技术解决办法切实可行。
因此,我们认为,本项目前期工作扎实,项目组科技力量雄厚,且思路正确,方法得力,该项目技术风险小
五、项目预计社会效益、环境效益
1、对社会发展的作用:
系统研制成功后可大幅度提升企业内在竞争力与市场的竞争力,有效的促进现代化企业的建立;同时由于产品质量的改善,可有效的提高企业的利润,增加收入,为创建和谐社会奠定一定的基础。
2、对资源利用情况:
由于产品质量的提高,使得生产的废品率大幅度下降,生产原材料也可大量节省,充分利用了生产过程中的各种资源。
3、对人才培养情况:
项目实施有利于壮大我省CNC研究方面的人才队伍,加速我省制造业的发展。
项目实施过程中计划引进人才,并把他们培养成技术骨干。
4、环境影响及效益:
本项目对环境无任何影响,绿色环保。
系统研制成功后,可有效提高产品的质量,增加市场竞争力,由于产品质量的提高,废品的生产率自然下降,可避免资源的浪费,充分、有效的利用各种资源,具有良好经济效益与社会效益。
六、结语
系统研制成功后,可大幅度的提高数控机床产品的质量与应用能力,并可大面积的推广使用。
鉴于国内外对数控机床的需求,市场前景较好,将产生很大的经济效益和社会效益。
在整个研制过程中,我们还将关注国内外有关研究动态,并充分利用开发、生产数控设备的先进成果和经验,加快研究进度,确保课题的先进性和有效性,并确保顺利完成。
南昌市科学器材公司
2006.10
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