板料成形工藝智能設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、板料成形廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天等領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。對于板料成形而言，板料成形工藝設(shè)計是關(guān)鍵。板料成形工藝設(shè)計過程不僅是科學更是藝術(shù)，包含著人類的創(chuàng)造力和直觀性的經(jīng)驗，傳統(tǒng)上需要設(shè)計人員根據(jù)書本上的知識和直觀經(jīng)驗來制定。而正是由于板料成形工藝設(shè)計過程存在著信息缺失、信息過飽和以及信息不確定性，導(dǎo)致了目前大多數(shù)的板料成形工藝設(shè)計系統(tǒng)在應(yīng)用上存在限制。因此，如何解決板料成形工藝設(shè)計過程中存在的不確定和非線性問題是學術(shù)界和工

2、業(yè)界的迫切需求。仿生智能與生物中的一些部分信息處理系統(tǒng)相對應(yīng)，具有在不確定的環(huán)境中進行邏輯推理以及聯(lián)想學習的能力，能夠解決復(fù)雜系統(tǒng)中帶有不確定因素的建模和優(yōu)化問題，這與板料沖壓成形工藝設(shè)計中的不確定性、不完整性和非線性是相對的。同時對提高板料成形工藝設(shè)計的智能化、自動化水平具有重要的理論和工程意義。 本文以仿生智能技術(shù)中的模糊理論和免疫算法為基礎(chǔ)，開展了板料成形工藝智能設(shè)計理論以及關(guān)鍵技術(shù)的研究。建立了基于模糊綜合評價的板料成形

3、工藝性評判系統(tǒng)；研究了基于模糊的板料成形工藝設(shè)計，建立了筒形件模糊板料成形工藝設(shè)計系統(tǒng)，模擬了設(shè)計人員的設(shè)計流程；提出了板料成形工藝參數(shù)的模糊理論算法：研究了模糊聚類算法，并同統(tǒng)計學理論結(jié)合，建立了彎曲回彈模糊聚類知識分析系統(tǒng)；研究了翻邊毛坯模糊設(shè)計方法，建立了翻邊毛坯模糊設(shè)計系統(tǒng)；研究了免疫克隆算法，將其同近似模型相結(jié)合，最后構(gòu)建了基于免疫克隆算法的板料成形多目標工藝優(yōu)化方法。 針對傳統(tǒng)板料沖壓成形工藝設(shè)計流程中的關(guān)鍵問題，研

4、究了板料成形工藝設(shè)計過程中的經(jīng)驗性和不確定性，將模糊理論引入板料工藝設(shè)計，模擬了人類工程師的板料成形工藝設(shè)計的思維。 沖壓件的工藝性判斷是沖壓工藝設(shè)計中極其重要的一步。由于沖壓件受多種因素的影響，為了確定沖壓件的工藝性，專家經(jīng)驗知識必須被考慮。模糊綜合評價作為一種對受多種因素影響的事物做出全面評價的一種十分有效的多因素決策方法，能夠結(jié)合沖壓專家知識解決此類問題。首先，對影響板料沖壓成形工藝性判斷因素進行篩選，選用形狀幾何尺寸、精

5、度以及材料性能三因素作為第一級；將形狀幾何因素進一步的分為形狀復(fù)雜程度、工件最大距離以及工具最大距離與工件高度比值三種影響因素；同時，根據(jù)各個因素對沖壓件工藝性的影響程度建立了隸屬度函數(shù)；建立了板料沖壓成形工藝評價目標集。在對沖壓工藝性影響因素評價的基礎(chǔ)上，采用多級模糊綜合判斷算法與最大—最小算法對沖壓工藝性進行評價，并編寫了算法。最后以離合器蓋為例，對其進行了沖壓工藝性評價。根據(jù)沖壓件的工藝參數(shù)和各個階段主要影響因素分別建立了評價矩陣

6、和權(quán)重集。根據(jù)兩次評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隸屬度函數(shù)以及權(quán)重的獲得對板料沖壓成形工藝性的評價結(jié)果具有重大影響。 由于沖壓工藝設(shè)計方法缺少高度自動化設(shè)計軟件，設(shè)計人員還是主要的依靠本身的經(jīng)驗，導(dǎo)致了沖壓件從設(shè)計、生產(chǎn)、調(diào)試需要花費大量的時間，所以本文將模糊理論引入傳統(tǒng)的模具設(shè)計過程中，模擬工程師的設(shè)計流程。建立了拉深工藝設(shè)計系統(tǒng)，主要包括輸入輸出模塊、知識庫模塊、工藝設(shè)計模塊。該系統(tǒng)首先根據(jù)面向?qū)ο蟮姆椒ń⒘藳_壓知識表達模型，然后參考模糊

7、理論所提供的將知識庫向非線性映射轉(zhuǎn)換的工具，建立了設(shè)計過程的智能調(diào)整模型。最后，以筒形件為例，展示了整個設(shè)計過程，系統(tǒng)結(jié)果合理有效。 傳統(tǒng)的模具設(shè)計涉及大量的工藝參數(shù)，但由于手冊上的工藝參數(shù)只是在單一實驗條件下獲得的，其泛化性能具有一定的局限性，導(dǎo)致了板料成形工藝設(shè)計過程中需要大量的工程經(jīng)驗知識。本文將工藝參數(shù)結(jié)合模糊理論，提出了兩種工藝參數(shù)的模糊修正算法。第一種，利用模糊系統(tǒng)計算模糊修正系數(shù)，將其同傳統(tǒng)的工藝參數(shù)相乘，獲得修正

8、的工藝參數(shù)；第二種將目前的工藝參數(shù)同影響因素一起嵌入模糊系統(tǒng)，進行理論修正計算，獲得修正的工藝參數(shù)。最后，以拉深系數(shù)為例，展示了構(gòu)建過程。 在塑性加工領(lǐng)域，大量的實驗數(shù)據(jù)和有限元模擬數(shù)據(jù)充斥在書本、實驗報告、工程師的經(jīng)驗中，使大量的工作處于離散和重復(fù)的狀態(tài)，為了從各種工藝數(shù)據(jù)中尋找模式、提取隱含的、潛在的知識，引入了模具聚類方法，結(jié)合統(tǒng)計學理論，針對板料彎曲回彈的進行了模糊聚類分析研究。首先，以低碳鋼彎曲回彈為研究對象，建立了彎

9、曲回彈模糊聚類知識分析模型；然后，對模糊聚類算法進行了研究，構(gòu)建了彎曲回彈模糊聚類系統(tǒng)。接著，進行了彎曲回彈模糊聚類知識分析，獲得了彎曲回彈聚類模型。以材料性能、彎曲角、相對彎曲半徑為參數(shù)對構(gòu)建的回彈聚類模型進行了進一步的檢驗和測試，預(yù)測結(jié)果同真實回彈結(jié)果符合良好，證明其有效性和可靠性。在進行鎂合金板料彎曲回彈試驗的基礎(chǔ)上，將模糊聚類知識分析引入鎂合金板料彎曲回彈分析，提出了鎂合金板料的彎曲回彈模糊聚類知識分析，分別構(gòu)建了鎂合金板料彎曲

10、回彈隸屬度函數(shù)和彎曲回彈模糊聚類分析模型，有效地進行了鎂合金板料彎曲回彈模糊聚類知識分析。 毛坯設(shè)計是板料工藝設(shè)計中的關(guān)鍵問題，本文在研究翻邊成形的應(yīng)力狀態(tài)分類的基礎(chǔ)上，總結(jié)了翻邊類型分類組合。根據(jù)翻邊類型分類組合，提出了組合式翻邊毛坯模糊設(shè)計方法，分別構(gòu)建了壓縮類翻邊毛坯模糊設(shè)計系統(tǒng)、伸長類翻邊毛坯模糊設(shè)計系統(tǒng)、彎曲類翻邊毛坯模糊設(shè)計系統(tǒng)。為了構(gòu)建翻邊毛坯模糊設(shè)計系統(tǒng)，本文提出了基于TableLook-upScheme板料成形

11、工藝模糊系統(tǒng)構(gòu)建方法。針對翻邊毛坯設(shè)計，將翻邊零件邊界和毛坯邊界進行了離散，構(gòu)建了基于TableLook-upScheme的翻邊毛坯設(shè)計系統(tǒng)的輸入一輸出數(shù)據(jù)集。然后，研究了TableLook-upScheme的知識庫構(gòu)建方法，將輸入一輸出空間進行了模糊劃分建立了隸屬度函數(shù)，根據(jù)輸入—輸出數(shù)據(jù)集構(gòu)建了IF-FHEN規(guī)則，并利用規(guī)則強度，解決了規(guī)則沖突的問題。然后，選用帶有乘積推理機、單值模糊器、中心平均解模糊器，構(gòu)建了基于TableLoo

12、k-upScheme的翻邊毛坯模糊設(shè)計系統(tǒng)。由于存在隸屬度函數(shù)獲取的主觀性、規(guī)則沖突及獲取等問題，引入了自適應(yīng)模糊系統(tǒng)。然后，對翻邊毛坯自適應(yīng)模糊設(shè)計系統(tǒng)的模糊空間的劃分和隸屬度函數(shù)的形式的影響作了研究，得出了隸屬度函數(shù)選擇高斯函數(shù)形式較好，考慮到計算效率和精度，模糊空間劃分為3～5份比較合適。以內(nèi)曲翻邊為例，檢驗了翻邊毛坯自適應(yīng)模糊設(shè)計系統(tǒng)的輸出。本文最后以S形翻邊為例，將其輸入翻邊毛坯模糊設(shè)計系統(tǒng)，從而獲得了毛坯形狀，并進行了試驗驗

13、證，成形結(jié)果良好。 將免疫克隆算法與近似模型構(gòu)建方法相結(jié)合，提出了基于免疫克隆算法的板料成形工藝優(yōu)化方法。研究了免疫克隆算法的原理與構(gòu)建，以VC++為平臺編寫了克隆算子、變異算子、選擇算子，實現(xiàn)了免疫克隆算法。鑒于板料成形問題的復(fù)雜性和非線性，導(dǎo)致了其數(shù)學模型構(gòu)建的困難，利用近似模型構(gòu)建了板料成形工藝多目標優(yōu)化模型。首先，采用數(shù)字模擬的結(jié)果構(gòu)建了響應(yīng)面空間點，利用二乘法獲得了響應(yīng)面函數(shù)，并編寫了計算結(jié)果接口與響應(yīng)面函數(shù)的求解程序