焊接装备数字化

焊接装备数字化（精选5篇）

焊接装备数字化 第1篇

数字化技术是以计算机软硬件、周边设备、协议和网络为基础的信息离散化表述、感知、传递、存贮、处理和联网的集成技术。其具体应用包括数字化制造与数字化产品两方面, 即将数字化技术用于支持产品生命周期的制造活动和企业的全局优化运作就是数字化制造技术;将数字化技术注入工业产品就形成了数字化产品。

数字化制造技术是在制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和的背景下, 在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等技术的支持下, 根据用户的需求, 迅速对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组, 实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造, 进而快速生产出用户所需要产品的整个过程。

2 数字化制造技术的具体应用

(1) 规划工作的数字化

白车身焊接装备行业中的产品规划是指在给定的三维空间内, 将工业机器人、焊接工装、焊接设备、传输设备及物流等进行合理布局, 使生产线能够按照预定的要求进行正常运转。它的工作主要包括平面布置图的设计、产品上件顺序、焊点分配、节拍分析、介质计算等。

以往这些工作是通过手工绘制图纸的形式完成, 随着白车身应用软件的出现, 这些工作逐渐由纸制图纸过渡到二维电子图, 又发展到目前的数字化工厂技术, 也就是相当于在生产线规划方面的三维数字化。图1是通过西门子UG公司的EM-POWER数字化工厂软件进行焊点分配及节拍分析的应用界面。由图1可以看出, 从产品规划工作的底层开始, 都可以通过数字化工具来实现, 这不仅提高了产品规划的准确性, 同时大大缩短了产品的开发周期和减少了施工后期的反复, 并为以后扩充生产能力、保留合理的冗余、避免重复建设而带来浪费, 以及后继项目的开发打下了很好的基础。

(2) 设计工作的数字化

焊接装备的设计主要指焊接夹具、装备夹具、传输设备等的设计, 这些焊接装备的设计都属于非标产品的设计, 它不同于固定产品的设计, 对于不同的车型, 焊接装备都会有较大的区别, 但是又有很多相似的地方, 因此在设计过程中如何合理应用数字化技术使得设计工作简单有效地进行是项目进行中的关键因素。焊接装备设计工作与规划工作类似, 其数字化应用是从纸制图纸到二维电子图再到三维设计的过程。

近些年, 随着工程专业进步和发展的需要, 一些设计软件被广泛应用起来。在这些软件中, CATIA、UG两种三维应用软件由于在汽车、航空领域中的大量应用而得到了下游厂家的普遍应用。汽车的产品设计从原始的样板、胎具的方式逐渐过渡到三维造型设计, 其中包含了很多非常复杂的曲面造型, 对于装备设计而言, 只有在设计手段上与产品设计保持一致, 才能够充分保证产品的质量。同时, 在原有软件基础上进行合理的二次开发, 可使软件的专业性更强, 更好地发挥它的功能, 大大提高设计效率和设计质量, 图2和图3是CATIA、UG设计软件在焊装设计中应用的界面。

(3) 仿真模拟过程的数字化

白车身的产品规划和焊装设计的结果都需要得到实际的验证才能够使项目得到保证。在以往, 只能通过简单的计算、复杂的图纸及实际现场的结果进行这些验证, 而这些方式很难在较短的时间内完成准确的验证。如果产品的工装夹具在加工装配后才能得到验证, 则将会给产品的开发研制带来较大风险。现在的仿真模拟软件使得这一切成为可能, 通过数字化工厂软件的物流仿真, 很容易发现生产线的瓶颈所在及布局是否合理, 从而很快找到应对措施。通过ROBCAD等机器人仿真软件的应用, 可以轻松地对产品焊点的焊接、螺柱的焊接等工作进行模拟仿真, 从而提前发现问题进行相应的优化和完善。图4是使用ROBCAD软件对主拼工位进行仿真的界面。

(4) 技术资料管理的数字化数据库

随着项目的增多, 需要管理的内容逐渐增加。目前, 很多数据都是3D数据, 其占的空间很大。而在这些项目中又有很多项目存在借鉴价值, 可以充分利用, 以便缩短设计周期、提高设计质量。基于这种考虑, 原有的图书式管理及文件夹式的管理方式已经无法满足日益增长的数据管理需求, 只有通过软件系统将这些信息有效管理起来, 才能既方便设计人员的查询、再利用, 同时又规范了设计人员的设计方式, 使数据得到有效的控制, 也为各部门之间数据的共享提供了平台。逐渐将设计流程增加进来可以有效控制设计过程的各个环节, 使得设计质量得到控制。图5为SMARTTEAM软件在数据管理中的应用。

(5) 生产加工过程的数字化

制造工艺、设备和工厂的柔性、可重构性是企业装备的显著特点。先进的制造工艺、智能化软件和柔性的自动化设备、柔性的发展战略构成未来企业竞争的软、硬件资源。个性化需求和不确定的市场环境, 要求克服设备资源沉淀造成的成本升高风险。制造资源的柔性和可重构性, 即将数字化技术用于制造过程, 可大大提高制造过程的柔性和加工过程的集成性, 从而提高产品生产过程的质量和效率。在CAD/CAM应用过程中, 利用产品数据管理PDM技术实现并行工程, 可以极大地提高产品开发的效率和质量。企业通过PDM可以进行产品功能配置, 利用系列件、标准件、借用件、外购件以减少重复设计。在PDM环境下进行产品设计和制造, 通过CAD/CAE/CAPP/CAM等模块的集成, 实现产品无图纸设计和全数字化制造。

CAD/CAM一体化是实现设计生产全面数字化的前提。设计的电子数据通过PDM转到生产工艺后, 工艺人员可以通过CAPP软件对设计零件进行工艺规程的编制;然后将设计数模通过CAM软件转化为工艺数模, 并进行必要的后置处理形成数控加工程序;该程序输入到数控设备上即可操控火焰切割机进行下料, 并操控线切割、数控机床进行零件的加工。目前, 在焊接夹具中, 对于BASE、支座、定位块、压块及很多复杂零件都完全实现了CAD/CAM的一体化加工, 随着数控设备的普及, 其他的零件也会逐渐进入无图化加工阶段。图6为火焰切割燃烧图的制作。

(6) 安装检测的数字化

进入装配环节, 工装上的零件加工装配结束后, 由于零件的加工和装配存在偏差, 需要检测出工装上的定位元件的位置是否符合车身数模的理论位置, 如不符合则需要进行适当调整。通过产品样件及简单检测设备进行检测的方式已经不能够满足目前产品质量的要求。现在, 可以通过便携式三坐标或激光跟踪仪对夹具进行方便的检测, 同时将检测数据进行有效记录, 作为今后现场按车身尺寸调整时的依据。这些检测设备可以通过夹具上提供的检测基准很快地拟合出夹具上的车系坐标, 通过将测得的夹具上定位件的坐标值与理论值进行对比, 得到实际的偏差值, 提高了夹具的精度。图7是FARO便携式三坐标检测仪。图8是检测记录数据。

(7) 现场控制的数字化

汽车白车身焊装行业中的控制技术大致经历了可编程序控制器 (PLC) 、分散控制系统 (DCS) 、现场总线控制系统 (FCS) 3个阶段。FCS是由DCS与PLC发展而来, FCS不仅具备DCS与PLC的特点, 而且跨出了革命性的一步。目前, 新型的DCS已有很强的顺序控制功能, 而新型的PLC加强了控制闭环的能力, 并且两者都能组成大型网络。DCS与PLC的适用范围, 已有很大的交叉, 都有向对方靠拢的趋势。自从FCS走向实用化以来, 不断有新的FCS逐步取代传统的DCS。当调节功能下放到现场后, 传统的4～20 mA模拟信号制将逐步被双向数字通信现场总线信号制所取代, 模拟与数字的分散型控制系统将更新为全数字现场总线控制系统。

由于各汽车生产厂家的筹建基础、发展速度、合作背景不同, 所以出现PLC、DCS、FCS多种控制模式并存的现状, 需根据汽车生产厂家的不同要求, 针对改、扩建和新建的特点, 采取不同的控制策略, 分别从设计、配置、组态、运行、维护、管理等方面进行优化。

对老厂生产线的改、扩建, 其目的是扩容和技术升级, 控制策略是以DCS模式为核心, 兼顾PLC和FCS, 辅助功能的控制系统应以遵循现场总线通讯协议的PLC或能与FCS进行通讯交换信息的PLC为优选对象。对新建项目而言, 其目的是减少现场接线, 实现互操作, 增加现场一级的控制功能, 简化系统集成和维护, 所以其控制策略是以FCS模式为核心, 兼顾PLC和DCS。

目前, 随着汽车市场的不断发展, 新的车型不断推出, 不仅提出要求生产线的柔性化, 而且还有人机工程及安全生产等多方面的要求, 普遍采用INTER BUS、PROFIBUS等现场总线控制方式, 改变传统控制模式, 实现了对生产线的高效、安全、快捷、准确的数字化控制。

(8) 企业管理的数字化

CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术与企业资源计划、供应链管理、客户关系管理相结合, 形成企业信息化的总体构架, 实现产品的设计、工艺和制造过程及其管理的数字化。企业资源计划ERP是以实现企业产、供、销、人、财、物的管理为目标;供应链管理SCM用于实现企业内部与上游企业之间的物流管理;客户关系管理CRM可以帮助企业建立、挖掘和改善与客户之间的关系。上述技术的集成, 可以整合企业的管理, 建立从企业的供应决策到企业内部技术、工艺、制造和管理部门, 再到用户之间的信息集成, 实现企业与外界的信息流、物流和资金流的顺畅传递, 从而有效地提高企业的市场反应速度和产品开发速度, 确保企业在竞争中取得优势。

在项目管理、生产管理等诸多方面, 还可以通过项目管理软件、ERP、MES、OA办公自动化等软件对项目进行有效管理, 使得项目能够得到有效控制。图9是在没有采用ERP之前使用OA软件对项目进行控制的界面。

3 结束语

综上所述, 数字化技术在整个白车身焊装的规划、设计、仿真、数据库、加工、检测、控制、管理等各个方面都得到了很好的应用。随着计算机软件的不断发展与完善, 将进一步提高产品质量、缩短生产周期、节约制造成本和使用成本、加快技术的升级换代。

焊接装备数字化 第2篇

一、数字化作战装备与数字化后勤装备的辩证关系

数字化作战装备与数字化后勤装备相互依存, 同时也相对独立。数字化作战装备是指通过数字技术研制或经过数字技术改造的各类武器系统。发展数字化作战装备, 既是信息时代军事信息化建设的基本要求, 也是新形势下军队现代化建设基本内容。数字化后勤装备, 是指将数字化技术应用于后勤装备的研制、生产、使用和管理的各个领域, 采取综合集成方式, 发展具有数字化、网络化、智能化特征的后勤保障装备的过程。数字化后勤装备同样是信息时代军事信息化建设的基本要求和新形势下军队现代化建设的基本内容。运用辩证唯物主义观去看待, 对于数字化作战装备与数字化后勤装备两者相互的关系应当是“若隐若离”。当作战部队需要后勤补给的时候, 后勤方面应当能适时地给予及时而高效的保障;当后勤需要防卫的时候, 作战部队也应该能够适时地给予有力的防护。二者在最需要对方的时候能够及时的给予保障, 同时又不过多的干涉, 避免相互影响。

1、数字化作战装备牵引着数字化后勤装备发展。世界战争史充分说明, 科学技术的进步决定了战场上作战装备的发展, 作战装备的发展变化又对后勤装备发展提出新的要求。因此数字化作战装备牵引着数字化后勤装备。目前, 随着信息技术的发展和广泛应用, 数字化战争已经逐步占据军事舞台的中央。数字化战争是指当前信息化时代的一种新的战争形态, 它是以机械化战争的先进装备平台为载体, 以大量使用数字作战武器、信息技术为支撑, 以信息为主导, 以信息与能量结合为基本的能量释放形态, 以网络为神经触角的战争形态。信息化战争对作战装备发展提出了系统化、一体化的要求。数字化作战装备应当对数字化后勤装备起到牵引的作用, 主要应把握以下几点:一是着眼战斗全局, 根据各保障对象作战任务的轻重缓急, 正确选择保障重点;二是着眼战场变化, 根据战斗重心的转换, 适时调整保障重点;三是坚决贯彻重点优先保障原则, 集中抓好关键性环节。

2、数字化后勤装备保障着数字化作战装备效能。未来联合作战是诸军兵种的整体作战。数字化作战装备需要有数字化后勤装备相配套, 否则就难以生成、维持和提升整体战斗力。后勤保障在强调关照全局的同时, 还必须注重集中、灵活地使用保障力量, 以将有限的资源聚合在战斗最需要的地方。数字化后勤装备必须以保障数字化作战作为基础, 利用自动化补给网络系统实现后勤信息传递网络化, 使联合作战后勤指挥机构能够根据作战部队对各种资源的动态要求, 为后勤物质流提供“精确应用”, 充分发挥有限资源的最大使用效益。例如美军在其数字化保障中所提到的营属高机动重型战术运油车, 以数字化通信网络技术方式将携油情况向外界传输, 战术勤务保障通信站的数字显示终端, 标出作战部队的精确位置, 根据情报列出通往油料申请单位的全部输送路线, 最后通过计算机模拟就能知道最安全的路线以及是否需要减少散装油料储备、规定携运量标准和降低现有核定储备量等事项。充分体现美军对战术部队的数字化建设的基本轮廓。从某种意义上讲, 信息资源将是未来联合作战后勤保障的“第一要素”, 谁能有效地控制, 谁就能真正拥有战斗保障的主动权。在信息控制上, 优先获取重要信息, 为实现实时的精确后勤保障创造条件;在保障资源的配送上, 优先安排好重点保障关键性资源的供应;在力量使用上, 集中精锐优势, 实施强有力的集中保障。

二、数字化作战装备与数字化后勤装备的和谐统一

本世纪前20年, 是我国国防和军队现代化建设的重要战略机遇期。数字化作战装备与数字化后勤装备作为军事现代化的主要载体和重要标志, 必须以建设数字化军队、打赢数字化战争为目标, 以数字化作战装备为牵引, 以数字化后勤装备为保障, 坚持信息主导, 需求牵引, 体系配套, 综合集成, 加速推进机械化、数字化复合式跨越式发展, 确保数字化作战装备与数字化后勤装备和谐统一, 形成具有较高水平的新一代数字化装备体系。数字化作战装备和数字化后勤装备的和谐统一要做到数字化作战装备和数字化后勤装备在战场上的和谐统一, 数字化作战装备和数字化后勤装备在后勤保障上的和谐统一, 数字化作战装备和数字化后勤装备在技术创新上的和谐统一。

1、数字化作战装备与数字化后勤装备在战场上的和谐统一。数字化作战, 是在数字化条件下, 综合运用各种数字化技术、数字化装备的综合全面的战争, 因此要确保数字化战争的胜利, 首先要注意战场上数字化后勤装备一定要与数字化作战装备相适应, 达到数字化作战行动与数字化后勤补给战场上的和谐统一。作为数字化战争的核心力量, 数字化武器装备只有综合协调各种有利因素, 精确打击, 反映迅速, 全面覆盖, 才能在战场上掌握主动权;而作为数字化战争中的后勤保障技术支撑, 后勤装备只有与信息战中的各要素协调发展, 才能适应未来战争的高要求, 才能发挥应有的保障效能。数字化作战装备与数字化后勤装备在战场上的和谐统一要重视数字化作战装备为牵引作用, 数字化后勤装备全面为数字化作战装备服务。因此, 数字化作战装备必须与各种数字化后勤装备和谐统一, 正确处理数字化部队、数字化士兵、数字化武器装备、数字化后勤装备等关系, 并通过科学论证和政策、体制规范, 着力把成熟的传感、智能系统、仿真和导航定位等与后勤装备有机结合, 才能为作战指挥提供及时、可靠的技术信息和保障服务, 达到后勤装备与作战装备之间的无缝隙联系。

2、数字化作战装备与数字化后勤装备在后勤保障上的和谐统一。信息战争, 要求构建战略、战役、战术衔接配套的信息化后勤装备体系, 具备陆海空一体的远程、快速的机动保障能力和轻便、灵活的伴随保障能力。美军正是借助它强大的保障力, 才能在战争中展现它如此强大的战略效能。在2003年3月统计的美海运司令部主要运输船187艘, 包括海上运输船87艘, 海上事先预置船41艘, 海军舰队辅助船35艘和若干特殊任务船。全部事先预置在海上, 一旦战事爆发, 则会搭载物资, 武器装备前往前线。因此我军可以借鉴此类先进做法, 做到数字化作战装备与数字化后勤装备在后勤保障上的和谐统一。从当代后勤装备发展趋势上看:在战略层次上, 重点发展海、空快速投送手段, 增强全方位、远距离战略投送能力。在战役层次上, 以建设快速高效的支援保障装备体系为目标, 重点完善海上和空中保障手段, 主要是海上快速运输船、医院船, 空中运输、救护直升机, 以及陆上集装化支援保障系统。在战术层次上, 适应作战部队小型化、轻型化、模块化要求, 重点发展高性能、高机动、组合化新型装备, 提高战术后勤的地面伴随保障能力, 海军岸基保障能力和空军场站保障能力。

数字化作战装备与数字化后勤装备在后勤保障上的和谐统一要做到二者之间的高度集成, 这既是数字化武器装备的内在要求, 也是数字化后勤装的必然趋势。其重点是体系结构的调整重塑, 核心是实现装备系统的网络化。数字化作战装备与数字化后勤装备综合集成, 必须把握两个“层面”的协调发展, 注重两个“要素”的相互配套。两个层面, 初级层面就是在后勤装备系统内部, 按保障任务将独立的后勤装备集成为功能齐全、优势互补、高效运转的保障系统;高级层面则是实现后勤装备保障单元、保障体系与后勤指挥系统、作战指挥系统的交链。两个要素, 即在硬件方面, 在后勤装备的通用化、系列化、模块化的基础上, 推进骨干装备的数字化、网络化、智能化;在软件方面, 建立统一的后勤信息标准规范, 实现后勤保障信息资源“入库联网”。形成作战装备与保障装备相互配套, 战役战术保障装备相互衔接, 各军兵种装备互联互通的后勤装备综合集成体系。

3、数字化作战装备与数字化后勤装备在创新上的和谐统一。技术创新是数字化作战装备和数字化后勤装备的有利保障, 由于数字化作战装备牵引着数字化后勤装备, 数字化后勤装备保障着数字化作战装备, 二者之间紧密联系, 相互依存, 因此数字化作战装备与数字化后勤装备在创新上需和谐统一。

技术创新是推进装备信息化的根本动力。从外军普遍经验看, 重要的一条是综合考虑, 联合开发, 全面布局, 加大科研投入, 组织军地联合开发。美国国防部制定的关键技术计划, 与信息有关的技术约占2/3, 每年与信息技术有关的投入约占军费总开支的1/4左右。在科研开发上, 注重依托社会力量, 大量采用民用技术, 将军品技术标准与民品并轨。后勤装备信息化建设, 也必须加大投入力度, 加强技术创新, 充分利用信息技术便于传播、不易垄断、可以共享的高度扩散性特点, 发挥后发优势, 注重借鉴外军的有益经验和成果, 采取军地联合、协作攻关、统一标准、成果共享的开发方式, 在研制新型后勤装备中, 广泛采用微电子、卫星定位导航、自动识别等技术, 提高装备的信息获取、传输、控制能力, 为加快形成新一代具有较高信息化水平的后勤装备体系提供技术支撑。

另外, 对传统机械化装备进行信息化改造, 是迅速提升装备作战和保障效能的有效途径, 也是当代各国军队的普遍做法。与新研制装备相比, 改造一代装备的经费只需十分之一, 周期可缩短三分之二。美军按照“聚焦后勤”理论, 不失时机地在保障装备平台上嵌入各种电子、信息设备, 使其变得“耳聪”、“目明”、“脑灵”。一些国家的成功经验表明, 在研发新型后勤装备的同时, 大力改造现有后勤装备, 通过“附加”、“嵌入”等方式, 使其具备定位导航、数据传输、智能操作、自动检测等信息化功能, 促成装备升级换代, 形成使用一代、改造一代、新研一代、储备一代的良性发展路子。

面对新时期军事变革的客观要求, 要确保实现建设数字化军队、打赢数字化战争的目标, 必须走推进军队现代化建设跨越式发展之路, 在更高起点、更高层次上, 科学合理地筹划和发展我军的数字化后勤装备建设问题。因此, 科学借鉴外军数字化后勤装备的发展经验, 对于加速军队的数字化后勤装备建设具有极其重要的意义。

摘要：数字化作战装备和数字化后勤装备是构成新世纪新阶段军队战斗力的重要因素, 是确保信息化战争胜利的基础。本文针对数字化作战装备和数字化后勤装备特点, 主要从数字化作战装备牵引数字化后勤装备的发展, 数字化后勤装备保障数字化作战装备的效能两个方面透视了两者的关系, 并从三个方面提出了加强军队数字化作战装备和数字化后勤装备建设策略思考。

关键词：数字化作战装备,数字化后勤装备,辩证关系,对策措施

参考文献

[1]唐武文、陈卫平、高杰等:《孙子兵法》作战与后勤和谐思维[J].滨州学院学报, 2010, 26 (5) .

[2]梁泽彬、夏绍模、魏坤等:军队后勤信息化领域知识体系构建探析[J].中国储运, 2011 (5) .

焊接装备数字化 第3篇

关键词：虚实结合,体系试验,装备体系构成

0 引言

开展基于虚实结合的数字化装备体系试验, 是指通过对数字化装备体系试验任务的分析, 在非主要部位或非关键环节用模拟器代替实装, 用模拟器或数字仿真系统进行作战指挥信息的收发与处理, 既尽可能地减少试验所需的实装数量, 解决了大量实装难以集结的困难, 又降低了试验成本, 缩短了试验周期。它从根本上改变了以往完全依赖实装试验鉴定的方式, 并提高了仿真试验的可信度, 是武器装备试验鉴定模式的创新发展。而试验装备体系中虚实要素如何确定便成为了亟需解决的问题。在本文中, 试验装备体系特指被试装备所构成的体系, 其中被试装备可能是实装, 也可能由模拟器和数字仿真系统所代替。

1 试验装备体系分析过程

分析满足开展基于虚实结合的数字化体系试验的装备体系首先就是要明确其分析过程 (如图1所示) 。

(1) 通过分析数字化装备体系在作战中所担负的主要任务和显著特点, 可得知数字化装备体系具有战场侦察与态势感知、目标定位与火力引导、地域控制与地面突击等使命任务。

(2) 根据不同使命任务, 确定体系试验任务, 而后采用事件树分析方法按照时序逻辑分解试验任务, 以初始事件为起点, 按照事件的发展顺序进行分析, 每一事件可能的后续事件只能取完全对立的两种状态 (成功或失败) 的原则, 逐步向结果方面发展, 直到完成任务为止。因此, 体系试验任务分解可以根据数字化装备体系作战过程中各作战阶段的划分情况, 分解生成各作战阶段、作战子阶段的试验任务或活动。

(3) 为完成相应的试验活动, 需分析得出数字化装备体系所具备的能力, 诸如:战场感知U1、指控通信U2、火力打击U3、远程机动U4、战术机动U5、野战防护U6、综合保障U7等。这些能力是数字化装备体系为完成作战任务所具有的潜能, 即可用分析得出的能力对应找出相应装备并依据作战编成构成装备体系;再结合体系试验实际情况和虚实结合的构成原理确定装备体系中虚实要素的合理配置。

2 试验装备体系构成原则

2.1 规模适当, 要素齐全

在构建试验装备体系的过程中, 首先应根据数字化装备体系所担负的使命任务, 在不影响考核数字化装备体系作战适用性和作战效能的基础上, 确定满足试验需求的最小参试规模;其次应尽量体现数字化装备体系的所有要素, 使得在试验中能够按照实际装备的作战运用, 保证指挥信息的及时收发与情况处置。同时, 数字化装备体系试验装备体系不是针对某一项试验任务而构建的, 而是在分析具体试验任务重要度后, 根据分要素试验和整体试验的具体实施科目进行综合考虑构建的, 应能够根据不同试验科目灵活搭配试验装备。

2.2 虚实结合, 比例合理

基于虚实结合的数字化装备体系试验是通过虚拟现实技术, 根据装备体系作战编成将实装、模拟器与数字仿真系统相结合构建试验装备体系进行试验的模式, 这将是未来我军装备体系试验重点采用的一种有效手段。但是, 也存在着哪些使用实际装备, 哪些装备要素使用模拟器, 以及哪些使用数字仿真系统等问题, 这些都是需要在构建试验装备体系过程中必须解决的。通常情况下, 依照数字化装备作战运用原则, 在能够体现装备作战运用实际效果的前提下, 尽可能少地使用实装, 非重点考核装备和非关键部位装备要素可以使用模拟器和数字仿真系统来代替, 并且根据模拟器和数字仿真系统功能特点区别, 合理地设置三者之间的比例关系, 保证既能最大化地减少实装的数量, 又能表现出实际装备的作战运用方式, 而且能够保证重要指标的测试效果, 从而形成一个结构合理、功能配套的试验装备体系, 满足进行数字化装备体系试验的需求。

2.3 信息畅通, 纵横贯通

数字化装备体系作战试验主要目的就是为了考核装备体系整体作战效能和适用性, 是基于信息系统的作战运用, 那么开展基于虚实结合的数字化装备体系试验就必须要保证纵向的上级对下级指挥信息以及下级对上级反馈信息的畅通, 同时按照作战运用原则, 也要保证横向的同级之间协同信息的畅通。数字化装备体系之所以更加能够体现出装备体系的整体性, 就是在于具有了较为先进的一体化指挥信息系统, 它能够作为一个纽带把各个装备节点联络起来, 从而成为单元整体作战能力的“倍增器”。因此, 在进行基于虚实结合的数字化装备体系试验装备体系构建过程中, 必须要实现实装与虚装之间信息流的高度流畅, 这是开展试验的关键环节。

3 试验装备体系构成需求分析

3.1 实装数量需求分析

将数字化装备体系试验具体任务按照事件树的方法区分t个阶段, 分别为T1, T2, ……Tt;试验任务经过分解后具有n个具体任务分别表示为R1, R2, ……Rn。通过“任务—能力—装备”的映射可得知, 为完成试验任务需要m种类型的装备, 装备类型可表示为W1, W2, ……Wm。试验所需装备可表示为:

Ri (t) 为在某一试验任务阶段Tk内需完成的任务, Xij (j=1, 2, 3……, m) 是为完成Ri项任务所需第j种类型装备的需求数量。在分析不同种类的装备后可确定完成试验任务的装备体系需求实际装备最小数量即为S:

3.2 实装最小数量确定原则

(1) m种类型的装备在同一时段内不能重复使用, 但在不同时段内, 部分装备可以重复使用; (2) 在一定的时段内, 部分试验科目之间存在一定的顺序关系, 如科目1必需在科目2之前进行; (3) 某些试验科目如两个或多个试验科目在同一时段内发生时, 对某一种或某几种类型装备的需求量会在原有需求量的基础上增加或减少; (4) 在同一时段内, 一个试验科目可以采用一定数量的几种不同类型的装备来完成, 一定数量的装备也可以完成几个试验科目, 但同一试验科目对装备的需求不能分割。

3.3 实装最小数量的确定

运用3.1节的任务分析方法将数字化装备体系试验任务区分t个不同阶段, 即T1, T2, ……, Tt针对每个阶段运用3.2节中 (1) - (4) 的确定原则, 分别对每个阶段所进行试验科目综合分析可得出Gk={Ri (t) =Tk}即在k阶段的任务综合后对其所包含的xij进行有限步合成, 可得出在Tk阶段Gk试验任务中的实际装备最小数量需求Skj;最后求出完成体系试验任务的最小实装需求:Sj=max={Skj|k=1, 2, 3……, t) }, j=1, 2, 3……, m

3.4 虚拟装备功能需求分析

按照数字化装备体系实际运用情况和3.3节实装最小数量确定方法, 在实施基于虚实结合的数字化装备体系试验中, 除主要考核的实际装备和关键节点的装备外, 其他要素均可由模拟器和计算机仿真系统来代替。开展基于虚实结合的数字化装备体系试验就是要讲虚拟装备融入到实际装备中, 在一体化信息系统支撑下进行, 因此构建虚实结合的装备体系首先就是要构建虚实融合的战术互联网, 这就要求虚拟装备 (模拟器、数字仿真系统) 需具备与实装互通的功能或可以桥接中继接力节点来达到效果。另外, 数字仿真系统还需要具备试验环境生成功能、火力打击功能、机动功能等。

4 基于费效比的试验装备体系构成优化方法

在分析实装、模拟器和计算机仿真兵力的功能需求后可构设不同的虚实要素配置方案, 但基于虚实结合的数字化装备体系试验装备体系构成需要综合考虑多方面因素, 不仅要考虑最终考核的作战效能, 而且还要考虑试验资源的限制因素等, 本文通过对费效比的分析进行优化配置。所谓效费比分析即是根据不同方案最终效能和试验所消耗费用的综合分析优选比较的过程。

(1) 因基于虚实结合的数字化装备体系试验费用包括内容相对较多, 为简化可仅考虑对实装、模拟器和计算机仿真兵力三个要素的使用费用。Ci=∑mi=1CdiNdi (4)

式中:Cdi为第i种装备使用费用, Ndi为每种装备的数量;d=1, 2, 3 (分别代表实装、模拟器、计算机仿真系统, 其中N1≥S) ;Ci为试验装备体系装备使用总费用。

(2) 在分析数字化装备体系使命任务时得出其所具备的7大能力, 根据不同的试验任务可将这7大能力进行细化分解为具体的指标体系, 运用指数法确定数字化装备体系作战效能评估模型。Za=§U1λU2μU3νU4σU5αU6βU7γ (5)

式中:为可信度修正系数, γ, β, α, σ, ν, μ, λ为权重系数。

(3) 为确保体系试验在资源可控条件下达到最大效能, 即确保达到最优费效比, 根据以上确定的使用费用和作战效能评估模型可得出综合费效模型。

约束条件: (即总费用小于一定额度) ;

Za≥Zo (Zo为最低接受效能值) 。

5 结论

本文仅是基于虚实结合的数字装备体系试验装备体系构成进行初步的探讨, 针对体系试验过程中虚实要素比例具体实际计算, 还需要考虑很多方面的因素, 例如装备体系具体试验任务如何确定、装备在实战环境下使用费用的估算、作战效能评估如何精准量化等等, 下一步将继续深入进行研究。

参考文献

[1]郭齐胜, 姚志军, 闫耀东.武器装备体系试验问题初探[J].装备学院学报, 2013, 27 (2) .

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[3]侯思祥, 宋力杰.海军装备需求计算的三种方法[J].论证与研究, 2010 (5) .

[4]王小伟, 张连仲, 薄云蛟.试验体系及体系设计研究[J].装备学院学报, 2014, 25 (1) .

[5]雷蕾, 辛永平, 张庆波.基于费效分析的地空导弹火力配系优化[J].现代防御技术, 2013, 41 (3) .

[6]李崖, 洛刚, 申伟强.关于数字装备试验问题的探讨[J].装备制造技术, 2011 (4) .

数字改变中职焊接教学 第4篇

1 数字化教学资源的概念及特点

1.1 数字化教学资源的定义

数字化教学资源是指经过数字化处理, 可以在计算机上或网络环境下运行的多媒体材料或者教学系统。它能够激发学生通过自主、合作、创造的方式来寻找和处理信息, 从而使数字化学习成为可能。数字化资源包括数字视频、数字音频、多媒体软件、CD-ROM、网站、电子邮件、在线学习管理系统、计算机模拟、在线讨论、数据文件、数据库等等。

1.2 数字化教学资源的特征

1) 数字化:简单、统一、可靠

2) 多媒体:多载体、集成性、互动性

3) 网络化:资源共享、时空不限、便于合作

4) 智能化:智能指导、智能界面、智能代理

1.3 数字化教学资源的种类从技术发展来看包括以下内容

1) 多媒体素材 (文本、图片、声音、视频、动画、电子书)

2) 多媒体教学软件

3) 网络教学软件 (基于Web运行)

2 中职学生的特点分析

由于我国高中还不是义务教育, 并非所有的学生初中毕业后都能升入高中, 那些中考后落榜的学生升学无望, 又因为自身文化素质不够, 家长只好把他们送到各类职业高中、中专学校学习。这些进入中专院校学习的学生中, 有的学习目的不明确, 学习积极性不高;有的对中专教育不了解, 有自卑心理;有的沉迷于网吧, 混天度日;有的认为上中专就是为了就业, 不思进取等。

3 数字化教学资源在教学中的应用

笔者在教学中对数字化教学资源的有效利用, 大大的提高了学生的学习兴趣, 也极大的鼓舞了教师讲课的热情, 下面本文针对焊接专业课程进行研究。

3.1 多媒体软件的应用

中职学生在学习中, 基础薄弱、学习方法不得当、学习兴趣不浓是主要特点。针对这种现象, 笔者在教学过程中, 利用多媒体课件进行教学, 把抽象的知识变成看得见摸得着的图像, 增加了学生的学习兴趣, 也极大地增强学生的理解能力。

3.2 精品课程网站的应用

《焊工工艺》做为我校的精品课程, 已经被建设完毕, 包括视频、PPT、教师讲解等部分, 并设立了师生互动平台, 目的是为了让学生进一步提高教学兴趣, 全面提高焊接专业学生的学习质量和水平, 使焊接专业学生通过本课程的学习, 能系统地掌握焊接的基本理论、历史发展和操作方法。还能对焊缝质量进行合理的评价, 对于不合格的焊缝能够找出相应的解决方法, 从而能培养学生驾驭焊接生产环境的能力, 培养学生科学的思维方式和分析问题研究问题的能力, 培养学生理论联系实际和实践动手的能力, 并为以后的其他专业课学习打下坚实基础。

3.3 仿真软件、设备的应用

随着社会和科学的进步, 传统的焊接方法即浪费焊接耗材, 有会对焊工产生一定的影响, 教学过程中我们采用教学仿真设备, 仿真设备主要包括仿真模拟操作部分、模拟操作控制部分以及焊接质量检验显示装置;学生在学习焊接过程中, 部分同学对焊接飞溅有一定的抵触情绪。采用本套教学设备对焊接过程完全模拟, 而模拟的气体和飞溅对人健康并无影响。在引进设备的基础上, 自动化教学采用焊接机器人仿真软件, 让学生在软件中编程, 在机器人中测试, 可以让学生极大的提高了学生的积极性, 也进一步增强了学生的学习兴趣。

4 结论

数字改变了传统的教学模式, 大大的提高了学生学习的兴趣, 使学生在快乐之中学习知识, 也极大的提高了教师分析问题的能力, 更能把抽象的知识点变成实物, 甚至是游戏;使教师在授课过程中能够有效利用课堂时间, 展开知识点, 充实学生的理论基础。

综上所述, 数字教学在焊接专业教学中具有不可或缺的地位和作用, 具有鲜明的时代性和强劲的生命力, 我们致力于建设开放而有活力的新型焊接专业课堂, 就必须充分利用大容量的数字化资源, 为学生创造自主、合作、探究的空间从而使课堂充满活力、充满魅力、充满效力。

参考文献

[1]袁昌寰.任务型学习理论在英语教学中的实践[J].课程·教材·教法, 2002 (7) .

[2]王珠珠.广西教育数字化教育资源应用于教学策略[J].2005, 5.

[3]汤志军.高校网络教学资源优化的有效途径探析[J].湖北广播电视大学学报.

弹药成型装备数字化系统研究 第5篇

弹药成型是采用成型装备实现将炸药粉体材料按照一定的配方压制成固体材料。常采用的设备包括:材料试验机、液压机与温等静压机。液压机与温等静压机主要用于大型弹药部件成型,相比之下,温等静压机压制的材料密度与均匀性好、工艺较短、压制效率高但成本较高,而液压机设备简单、成本低但工艺过程长[1]。

弹药成型作业的特点是:工艺比较复杂、涉及设备多、危险性较高、事故损伤性大。综合考虑作业过程安全且不断提高生产效率与产品质量水平等因素,提高设备的数字化水平,实现设备运行过程的透明化、可检测性、故障自诊断性,对于提升弹药成型制造水平具有十分重要意义。

综合采用先进控制、计算机与大数据等工程技术以及工艺管理、设备管理与企业管理等管理技术,实现弹药成型装备数字化[2]。研究下位机控制系统,实现现场底层控制;构建上位机软件,实现工艺编制与实时模拟、作业过程数据记录与查询等车间层管理;构建管理层软件,实现工艺、设备运行过程、安全、质量等管理功能;研究增压过程压力曲线控制方法,实现高精度曲线控制。

1弹药成型装备介绍

弹药成型装备数字化系统的控制技术核心是研究压力曲线控制算法[3]。以液压机为弹药成型装备,开展数字化系统研究。

1.1液压机特性

液压机的常用动作包括:快速运行、慢速升压、保压、卸压与回程等。该文以增压过程为对象,研究压力曲线控制。增压过程的主要元部件或者装置包括:高压泵、换向阀、比例流量阀、比例溢流阀、插装阀与高压工作缸。

1.2液压机增压原理

高压泵运行产生高压油液,换向阀控制高压油路的方向,比例流量阀控制进入高压工作缸的介质油流量。 通过向定容量的高压工作缸里不断注入介质油,实现高压工作缸增压。

增压过程满足液体压缩公式[4],如下:

式中V为工作缸的有效容积,V0为工作缸内压力达到P时需往缸内注入的介质油体积。

1.3液压机增压控制方法

控制比例流量阀的开口度,即可控制进入高压工作缸的介质油体积,进而控制升压过程。采用连续型、自适应闭环控制算法,由控制器实时计算比例流量阀开口度,即可实现升压过程曲线控制。

2数字化系统研究与设计

弹药成型装备数字化系统的目的是实现现场控制层、车间层与管理层分级控制[5]。系统总体构架如图1所示。

2.1现场层设计

现场层完成设备的现场检测、控制与指示等功能。 具体包括:液压泵、电磁阀、比例阀等执行部件单动控制,手动控制,压力检测与报警,真空泵控制与真空度检测,安全联锁控制等。

2.1.1现场层硬件设计

现场层硬件主要为智能仪表和以SIMATIC S7-300PLC为主处理器的电气控制系统。仪表实现压力检测、 报警与安全控制;PLC主要实现按钮、检测开关、执行部件、传感器等信号的输入输出、逻辑与数值计算、工艺数据存储等功能。PLC与智能仪表通过RS232接口的Modbus协议实现通信。现场层采用Profibus总线与车间层控制器通信。现场层硬件设计如图2所示。

2.1.2现场层软件设计

现场层软件采用SIMATIC Step7工具开发,采用轮训式的程序结构。各个功能块在OB1里调用实现,中断型程序在0.1秒中断块OB35实现,启动时执行一次的程序在OB100里实现。现场层控制软件功能包括:手动控制、自动控制、压力与真空传感器检测、压力曲线控制、运动滑块行程与速度测量、配方管理与安全联锁等。现场层软件流程图如图3所示。

2.2车间层设计

车间层实现工艺人员的对设备的操作,主要包括: 工艺数据参数设定、工艺模拟与曲线下载、过程自动记录保存与查询、设备故障自诊断、状态设定、设备运行历史记录等功能。

2.2.1车间层硬件设计

车间层以工控机作为硬件平台,具备总线与RS232串口接口,能连接集线器HUB或者路由器,具备通信扩展接口功能。工控机与现场控制层通过Profibus总线通信,与管理层通过以太网通信。

2.2.2车间层软件设计

车间层软件主要为人机交互界面软件, 采用King View6.53开发。车间层软件采用界面管理方式,主要包含的软件画面包括:开机用户权限管理画面、主画面、参数设定画面、自动压制过程仿真与监控画面、历史数据记录与查询画面、报警画面、故障诊断画面等。 人机交互界面软件主画面如图4所示。

2.3管理层设计

管理层实现企业级对成型装备的工艺过程、制造进度、安全运行、制造过程质量等管理。主要功能包括: 制定生产计划并对生产进度进行管控,编制、校对、 审核并批准工艺卡片,监控设备重要工艺参数、故障报警、安全运行、过程质量控制等。采用基于.Net或者Java等开发工具进行软件开发。管理层软件包括:工艺审核与批准管理模块、工艺参数计算与仿真模块、关键工艺数据实时记录与查询模块、制造过程实时监控与查询模块、制造进度管控与质量管理模块等。

3增压过程建模、算法设计与仿真

对增压过程辨识数学模型,设计控制器与控制算法并进行仿真,为实物研制提供理论依据。

3.1增压过程建模

3.1.1增压过程系统特性

液压机增压过程为单输入单输出的连续控制系统。 影响压力曲线控制精度的非线性因素有:油液温度变化、坯件体积压缩、粘度、工作介质油等,这些因素对控制精度影响较小,可以忽略[6]。

3.1.2增压过程模型推导

根据控制信号、比例阀流量、注入高压缸介质油体积与缸内压力的数值关系,得到控制信号与缸内压力的数学关系。设控制信号i(t),比例流量阀系数k0,比例流量阀流量Q0(t),工作缸体积V0,初始压强P0,液压油压缩系数K,注入介质油体积V,注入∆V <介<质V0油后缸内压力增量∆VP。 <<V0

控制信号与比例阀流量关系:

介质油注入工作缸后,由液体压缩公式得到关系式:

其中:

由于∆V<<V0,忽略∆V <,<得V0到:

进一步变化形式,得到:

由于压力与体积均为连续变量,故可微分,得到:

数值上,比例流量阀的流量等于注入缸内介质油体积的微分,即:

联合式(2)~式(7),得到增压系统的微分方程:

实验方法计算系统的惯性常数,代入各个已知参数,得到增压系统模型传递函数:

3.2增压过程控制算法设计与参数优化

增压过程为一阶连续、低惯性、近似线性时不变系统。非线性因素对控制精度影响较小,基于改进型PID控制器负反馈控制策略可对模型近似后引起的曲线控制精度误差进行补偿。

3.2.1控制算法设计

增压控制采用分时开环与闭环控制算法。起始阶段采用开环,对比例阀开口度固定值控制,到达起始点后转为闭环控制。闭环控制采用开口度带限的PID闭环控制策略。控制算法如图5所示。

3.2.2控制器设计、参数整定与优化

增压控制是一种跟随控制系统,PID控制器可应用于增压过程曲线控制。压力控制系统属于低滞后系统, 采用比例-积分控制策略。通过仿真实验,控制器比例系数为0.04,积分时间常数为5s。

3.3增压过程控制算法仿真

3.3.1仿真平台组建

采用SIMULINK软件实现增压系统数学模型与PID控制器,构建仿真平台[7,8]。如图6所示。

3.3.2仿真实验

对一种常用的由圆、椭圆与直线组成的曲线开展控制算法仿真。跟随曲线函数如式(10)所示。

开展工艺仿真后,仿真曲线如图7所示。

4结论

研究了弹药成型装备数字化系统的组成,研究了一种现场层、车间层与管理层软硬件系统的设计方法。 针对成型装备增压过程高精度压力曲线控制的需求,研究了增压过程建模、控制算法设计、控制器参数确定, 并采用SIMULINK仿真平台对常见工艺曲线进行仿真实验。本文所述的科研成果已经应用于弹药成型装备的数字化系统设计,取得较好的使用效果。

摘要：以弹药的数字化制造、过程安全、工艺实时监控为目标设计数字化系统,研究现场层、车间层与管理层系统构架。以S7-300 PLC为主处理器设计控制系统,开发了控制软件,实现现场层控制;以工控机为硬件,采用King View6.53开发人机交互界面软件,实现了车间层控制;采用Java与.net等开发了管理层软件。对成型装备增压过程开展模型辨识、控制算法设计、控制器参数优化与系统仿真等研究,并实现了实物设计。结果表明:所设计的数字化系统能够满足现场层、车间层与管理层对设备现场控制、工艺过程控制与运行过程管理的需求,控制算法达到了增压过程曲线控制精度要求。