基于Agent及FEA的焊接加工過程協(xié)同設計系統(tǒng)研究.pdf

1、焊接技術是先進制造技術的重要組成部分，焊接技術水平直接影響著制造業(yè)的整體能力和水平。隨著先進制造技術的發(fā)展，實現(xiàn)焊接產品制造的自動化、柔性化與智能化成為必然趨勢。在實際生產之前，有必要對焊接產品進行設計，綜合利用計算機技術、網絡技術、并行工程、分布式人工智能對焊接產品進行協(xié)同優(yōu)化，對實現(xiàn)焊接產品結構優(yōu)化具有重要意義。
　　本文根據以上需求，基于對焊接加工過程特點的分析，提出綜合運用智能體(Agent)技術及有限單元分析(FEA)技

2、術來構建焊接加工過程協(xié)同設計系統(tǒng)(Welding Processes Collaborative Design System,WPCDS)，以實現(xiàn)焊接過程的協(xié)同優(yōu)化。在系統(tǒng)的對單工序內各個參數(shù)協(xié)同優(yōu)化策略及焊接過程多工序加工協(xié)同優(yōu)化策略進行研究的基礎上，建立了基于Agent的WPCDS，并對系統(tǒng)中的若干核心Agent進行了分析與研究，構建了相應的Agent及基于網絡的仿真環(huán)境。
　　本研究從焊接有限元分析特點出發(fā)，提出遺傳算法與有

3、限元計算相耦合的方法對單工序內部各項設計變量進行優(yōu)化，并以某油箱焊接過程為例進行了模擬，結果表明：這種耦合方法可以高效、科學地獲得優(yōu)化參數(shù)組合。
　　考慮到工程產品往往經過多道工序加工，所以分析了多工序加工時的各項設計變量的優(yōu)化。提出了焊接分析過程的三層體系結構，即設計層、工序層和工藝層。在此分層模型基礎上，建立了各層的功能模型，定義了工藝活動模型，并對工序類型進行了劃分并相應地確定了優(yōu)化策略，分析表明：該優(yōu)化策略可以克服傳統(tǒng)CO

4、方法過程復雜、優(yōu)化規(guī)模大、非線性計算困難等缺點，適合焊接加工的特點，實現(xiàn)各個設計變量協(xié)調、動態(tài)、并行地進行優(yōu)化。將以上策略應用于某油箱結構的焊接參數(shù)優(yōu)化，以焊后各單元節(jié)點最大變形量最小為適應度判斷依據，優(yōu)化結果表明：該策略可以實現(xiàn)在統(tǒng)一的調控機制下進行多項有限元任務的協(xié)同并行計算，可以獲得使焊接變形降低的優(yōu)化參數(shù)組。
　　基于上述的優(yōu)化策略，設計了WPCDS框架，該框架包括5個子模塊和1個加工設備庫，并以一個典型的分析過程為例說明

5、協(xié)同設計步驟。進一步，采用MaSE方法對WPCDS進行了目標分析、用例分析、角色定義、系統(tǒng)部署。構建出的MAS(Multi-Agent System)能夠使焊接過程設計過程更加柔性，能充分利用Agent的自治性、動態(tài)性、異構性等特性，完成焊接加工過程各項有限元計算任務的協(xié)同并發(fā)優(yōu)化設計。
　　針對焊接工序的特點，重點研究了WPCDS中的焊接有限元計算模塊，開發(fā)出面向焊接過程的特有的Agent。設計并開發(fā)了焊接接頭庫Agent、焊接

6、預裝配Agent、焊道填充模擬Agent。實例模擬發(fā)現(xiàn)：焊接接頭庫Agent可簡化焊接建模過程，提高接頭設計的效率；焊接預裝配Agent可以使用戶省去乏味和復雜的前處理過程，將抽象的條件加載轉化為逼真的虛擬焊接操作，為虛擬制造技術在焊接領域中應用提供了思路；在理論上給出“節(jié)點動態(tài)松弛法”的證明之后，設計了焊道填充模擬Agent，該方法解決了生死單元法及靜態(tài)單元法在模擬焊道填充時常出現(xiàn)的問題。以上的這些Agent擴充了WPCDS的功能。<