本发明专利技术公开了一种基于数控机床的工业产品服务系统（ｍｔ－ｉＰＳＳ）及其实现方法，（１）包括ｍｔ－ｉＰＳＳ用户需求输入单元、ｍｔ－ｉＰＳＳ实现单元和ｍｔ－ｉＰＳＳ输出单元；（２）根据用户需求，构建ｍｔ－ｉＰＳＳ过程，满足用户需求；（３）对过程中的加工节点进行加工能力建模；（４）对加工能力模型进行优化；（５）对过程中的每一个维护活动进行实现；（６）获取优化的加工时间、成本和资源消耗需求，在加工能力服务ｍｔ－ｉＰＳＳ过程设计的基础上，进行整个过程优化控制。ｍｔ－ｉＰＳＳ通过提供数控机床加工能力，提高了数控加工过程的效率，减少了不必要的加工或维护活动反复，解决了传统的以经验确定机床实际加工能力而存在的缺乏统一性、精确性的问题，本发明专利技术公开的实现方法不仅可以应用于ｍｔ－ｉＰＳＳ，还可以应用于传统模式下的机床加工优化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数控机床加工应用、计算机应用领域。 现有技术产品服务系统(Product Service System, PSS)是在本世纪初由联合国环境规划署 (UNEP)提出并推介的一种通过改变现有产品消费(使用)模式以实现可持续发展的方法。 PSS方法的基本理念是产品的制造商或专业的服务商整合产品和服务，为用户提供产品的 工作能力以满足用户需求。以数控机床为例，其PSS的运作模式可理解为数控机床的制造 商或专业商将产品(数控机床及其附件)和技术服务(如机床的操作、维护等)整合在一 起，为用户提供数控机床加工零件的加工能力，满足用户的需求。由于制造商或专业服务 商在产品操作和维护方面具有丰富的经验和知识，因此PSS方法有利于更好地发挥产品性 能，实现物尽所能。从PSS提出到现在近IO年来，PSS方法成为一个研究热点(特别是 在欧洲和日本)，现有的PSS方法的相关研究大都是从经济管理的角度研究PSS方法的增 值特性以及从环保的角度研究PSS方法的生态效益(Eco-efficiency)。仅有少数的参考 文献涉及从工程技术的角度研究PSS的实现方法，这方面的现有技术可总结为以下几个方 面(1) 从企业战略设计的角度，研究PSS的设计和规划。如Manzini提出的基于PSS的 企业战略设计模式；Morelli提出的PSS过程设计方法，并将其应用于远程电讯中心PSS 的设计。(2) 将PSS与产品生命周期管理联系起来，采用系统工程的方法，实现PSS模式下的 产品生命周期管理。如Aurich等人提出了基于PSS的产品生命周期管理(PSS—PLM)的 方法，并将其应用于铲土机的生命周期维护中。(3) 从案例研究的角度出发，研究支撑PSS运作的技术。从工程应用的角度看，现有的PSS研究和实现方法存在明显不足，主要包括以下两个 方面(1) 虽然有人提出PSS运作过程建模的方法，但忽略了 PSS模型优化的方法；(2) PSS方法的核心是为用户提供产品的加工能力，如何定量"产品的加工能力"是 评价PSS系统运作质量和效能最重要的环节之一，这方面现已文献很少提及。5针对现有技术中缺乏PSS模型优化的方法，并且缺乏"产品的加工能力"的评价方法 的问题，本专利技术提出如下技术方案一种基于数控机床的工业产品服务系统(mt-iPSS):包括mt-iPSS用户需求输入单元、 mt-iPSS实现单元、mt-iPSS输出单元；mt-iPSS用户需求输入单元通过mt-iPSS实现单 元与mt-iPSS输出单元连接，mt-iPSS用户需求输入单元提供用户需求，mt-iPSS实现单 元根据用户需求建立mt-iPSS过程并将结果输出到mt-iPSS输出单元；mt-iPSS实现单元 由mt-iPSS过程设计模块、mt-iPSS加工能力建模模块、mt-iPSS加工能力优化模块、 mt-iPSS加工能力维护与保有模块和mt-iPSS过程优化模块组成；mt-iPSS过程设计模块 设计加工过程，mt-iPSS加工能力建模模块根据mt-iPSS过程设计模块建立加工能力模型， 并对加工能力进行定量，mt-iPSS加工能力优化模块对加工能力进行优化，mt-iPSS加工 能力维护与保有模块连接在mt-iPSS过程设计模块与mt-iPSS过程优化模块之间，用于对 加工能力维护与保有；mt-iPSS过程优化模块用于对过程进行优化。 1 )根据用户需求，构建mt-iPSS过程，mt-iPSS的输入是用户需求，包括加工任务 清单、加工精度要求、数量批次、交货期及技术要求；输出是提供满足用户需求的加工能 力，满足用户需求；2 )对过程中的加工节点进行加工能力建模对设计过程中的每一个具体加工活动的 加工能力进行评估，定量其加工能力；3 )对加工能力模型进行优化根据建立的加工能力模型，采用遗传算法对其进行优 化，获取优化的切削参数组合，并据此计算出该组合下的加工时间、成本以及资源消耗；4) 对过程中的每一个维护活动进行实现包括关键部件的故障预测和维护操作的快 速帮助，其目标是对优化的加工能力进行维护保有；5) 获取优化的加工时间、成本和资源消耗，在mt-iPSS过程设计的基础上，进行整 个过程优化控制。所述步骤l)的过程是由组合节点、求解节点以及选择节点构成的扩展活动模型，存 在串行结构、并行结构、选择结构以及反复耦合结构四种基本结构；将扩展活动模型转换 为与或树结构以便于算法执行，首先提出四种基本结构的转换规则，再在此基础上将一个 完整的扩展活动模型转换成与或树，其转换规则是:识别扩展活动图中的并行和选择结构，并将其用组合节点替代，然后扩展活动图变为一个全串行的结构，再采用串行结构转换规 则进行转换，继续转换被替代的并行或选择结构的分支直至整个扩展活动图被完全转换为 与或树结构。所述步骤2)中的加工能力可以用时间、成本、质量及与功能相关联的零件特征度量:'夂①其中C代表加工能力，"和"分别代表加工给定特征的时间与成本，Q代表加工质量，//是统一加工时间和成本量纲的系数，A ，A和^分别表示加工时间、成本和质量的权重， ^是工件易加工的系数，受加工精度需求、工件材料硬度等的影响；。，"是实际加工时间，G是换刀时间，T是刀具寿命，G是辅助时间，^和r可分别用式③和④计算②这里/代表刀具加工路径长度，K是进给速度，G是刀具寿命系数，《、/和z分别代表切削速度K、进给量/以及切削深度^对刀具寿命的影响系数，G、 x、 y和z的值可以从 手册上査得；/和K可分别用式⑤和⑥计算/ = v,/" 这里^是刀具直径，"是主轴转速,结合式②、式③、式 、式⑤和式⑥，加工时间"可用式⑦来计算,w如画:(/ 、⑦加工成本可用下式来计算:7 ⑧ 这里O)是单位时间内的加工成本，"是单位刀具成本，因此，加工能力可以用下式来度量c =__ ⑨所述步骤3)中的加工能力优化是通过优化切削三要素、侧吃刀量&以及及切削的层数/V来实现的，切削参数分为两种类型， 一是加工最后一层的切削参数(V"^,^,^〉；二是加工其他不受加工精度约束的层的切削参数>/2,"2,^2,^2}，再加上加工的层数yV，由于加工余量"=(^-1) 1+^2，所以iV和"^可以界定^,，因此需要优化8个变量；采用遗传算法，以式⑨为目标函数，获取优化的(v", ，&}、 {!;/2,"2,^2，^2}以及& 所述步骤4)中的加工能力维护与保有采用现有的在线帮助、故障诊断与预测、备件管理技术实现的加工能力的维护与保有。所述步骤5中)mt-iPSS过程控制必须根据活动执行的实时信息进行动态的变更，由 于与或树包含了并行和选择结构以及跳转标志，用深度优先算法，再考虑时间、成本、资 源需求的约束，实现过程的实时决策和控制。系统程序实现采用基于Java方案的"浏览器/服务器/数据库"三层结构，并采用JSP 和Java applet进行编程，实现mt-iPSS软件系统的开发。mt-iPSS实现的具体步骤如下(附图1所示) (1) mt-iPSS过程设计首先根据用户需求进行rat-iPSS过程设计，mt-iPSS过程设 计从宏观层面上描述了完成用户需求所需的活动以及活动与活动之间的关系。过程中的活 动本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于数控机床的工业产品服务系统，其特征在于：包括ｍｔ－ｉＰＳＳ用户需求输入单元、ｍｔ－ｉＰＳＳ实现单元、ｍｔ－ｉＰＳＳ输出单元；ｍｔ－ｉＰＳＳ用户需求输入单元通过ｍｔ－ｉＰＳＳ实现单元与ｍｔ－ｉＰＳＳ输出单元连接，ｍｔ－ｉＰＳＳ用户需求输入单元提供用户需求，ｍｔ－ｉＰＳＳ实现单元根据用户需求建立ｍｔ－ｉＰＳＳ过程并将结果输出到ｍｔ－ｉＰＳＳ输出单元；ｍｔ－ｉＰＳＳ实现单元由ｍｔ－ｉＰＳＳ过程设计模块、ｍｔ－ｉＰＳＳ加工能力建模模块、ｍｔ－ｉＰＳＳ加工能力优化模块、ｍｔ－ｉＰＳＳ加工能力维护与保有模块和ｍｔ－ｉＰＳＳ过程优化模块组成；ｍｔ－ｉＰＳＳ过程设计模块设计加工过程，ｍｔ－ｉＰＳＳ加工能力建模模块根据ｍｔ－ｉＰＳＳ过程设计模块建立加工能力模型，并对加工能力进行定量，ｍｔ－ｉＰＳＳ加工能力优化模块对加工能力进行优化，ｍｔ－ｉＰＳＳ加工能力维护与保有模块连接在ｍｔ－ｉＰＳＳ过程设计模块与ｍｔ－ｉＰＳＳ过程优化模块之间，用于对加工能力维护与保有；ｍｔ－ｉＰＳＳ过程优化模块用于对过程进行优化。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：江平宇，朱琦琦，付颖斌，郑镁，张朋，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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