电脑辅助自动线加热船壳板弯制系统之研究

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1、電腦輔助自動線加熱船殼板彎製系統之研究(4)-數值控制船殼板彎製加工系統之研究計劃編號:NCS88-26-2611-E-006-003執行期限:86年08月01日至89年07月31日計劃主持人:郭興家教授國立成功大學造船所簡報內容摘要:研究緣由與目的:研究方法與概述:系統和模型建立與模擬:實驗結果:實驗成果:摘要1.船殼板成型在造船過程中，由於過程是經由人工的方式熱彎成形，加工程序煩索。2.加工技藝傳承不易與工時不易掌控。3.由研究過程得知在熱彎製船殼板的過程中入熱量(Q)，速度(V)與加工路徑是影響加工後

2、板型的重要因素。4.加工過程形變的板形動態變化是控制的重要因素。5.本研究利用在端點位置動態位置回授方法和過程量測補償方法結合，在模糊控制法則理論基礎下，設計與研究數值控制船殼板彎製加工系統。6.並經實驗結果證實，在12條反算方法所得之加工入熱路徑與Q/V的條件下，經模糊系統加工的船殼板形與模擬所得的板形比較，其平均相似之誤差率約在8%內。7.可證實經模糊控制器控制下的船殼板彎製加工系統，具有良好板形控制能力。研究緣由與目的傳統船殼板彎製:傳統的船體外殼形狀成形是經由整順，放樣，切割後，藉由有經驗的技術人員以

3、Oxy-Acetylene線加熱(oxy-acetylene-line-heating方式做小曲面熱加工，利用熱應力造成形變的方法。1.小曲面熱加工:利用熱應力造成形變的方法，使船殼板達到所需的曲面外形，此法較利於寬廣的船體外形。2.衝壓和滾軋鋼板方式成形:因受限於加工機械體及模具的大小，故此法僅限於小面積，且大曲面的外形加工。船舶的製造船艏與船艉的外殼部份本研究的目的:為利用模糊法則，發展一套可行的船殼板彎製加工系統，以協助造船自動化的目的。研究方法與概述本研究藉由子計劃3之反算方法所得之12條線加工路徑(

4、path)(如表一)，和入熱量與加熱速度之比值(Q/V)為加工系統之輸入條件。以Oxy-Acetylene為入熱源，懸臂板為固定條件，並以七美輪船體外殼之一面積為實際加工目標。首先先由子計劃2，藉由熱彈塑理論計算合理之熱影響區的參數和，並給予子計劃3，計算出”加工路徑”和”Q/V”。子計劃3提供的條件，與本計劃實驗所得之動態形變(變形與時間關係)結果，和板形量測經驗，利用模糊理論建構模糊邏輯之歸屬函數，決定出之25條之IF-THEN法則(表二)結合AD/DA,位移計(LVDT)與數控控制器，設計出”數值控制船

5、殼板彎製加工系統”。Thecontrollerblockdiagram系統和模型建立與模擬何以模糊理論建構此系統?*彎製熱加工過程是非線性行為，由一般受控體的數學模式，控制器難以付諸實現。模糊理論:L.A.Zadeh在1965年提出。優點:不需知道系統確切模式，亦可控制系統。模糊控制器:由四部份所組成(1)Fuzzificationinterface(2)Knowledgebase(3)Reasoning(4)Defuzzification。FuzzycontrollerKB:knowledgeBase,FI

6、:FuzzificationInterface,DML:DecisionMakingLogic,DFI:DefuzzificationInterface控制器的設計是藉由不同實驗與子計劃3提供的入熱量Q和不同速度V與所得量測點的形變(displacement)資料做知識庫，以提供最佳的控制指令(即25條規則庫)。控制器是以固定的入熱量下由端點量測點的形變量為回授值，利用LVDT感測的形變量與目標值之形變誤差量，與形變誤差量的一次微分量做回控，控制數控實驗平台移動熱源的馬達速度(V)，改變移動速度成為(V+CI

7、)，CI為模糊調變之速度值。模糊函數之歸數函數數學模型(membershipfunction)形變誤差量的歸數函數為:形變誤差量的一次微分兩者的模糊子集為:CI的歸數函數為其的模糊子集模糊化的方法是以面積形心法(centerofareamethod)。量測補償因子因第一條加熱線加熱後，其板形與實際板形目標有誤差，在加熱第二條加熱線前，令量測補償因子()。其調變關係如下式:MembershipfunctionsFuzzyRuleTable（5×5）---about1secEDENBNSZEPSPBPBZEPS

8、PBPBPBPSNSZEPSPBPBZENBNSZEPSPBNSNBNBNSZEPSNBNBNBNBNSZETheflowchartoftheactivefuzzycontroller新的輸入馬達之速度為:實驗方式得形變與時間的關係為:經拉式轉換，其受控體的轉移函數為:實驗平台所推得的轉移函數實驗條件本研究實驗設備包括：NC加工機及平台、位移計(數位式和LVDT)、直流伺服馬達、紅外線溫度感測器、A