[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】拉深过程控制智能设计体系结构-中文翻译

拉深过程控制智能设计体系结构 摘要 本文提出一种基于数据库的智能金属板料成形系统设计体系结构设想使过程控制系统的设计无需熟练和有经验的板料成形方面专家的帮助。在这项研究中，所提出体系结构已被用于杯形件拉深的变压边力（BHF ）控制技术中。该系统可用于三个目标函数，它们是典型的工艺要求：杯形件壁均匀性、杯形件的高度改善和节省能源。该设计体系结构的可行性已通过铝合金板实验证实。 引言 一些已经完成了的对金属板料成形过程优化控制研究正在走向智能化。对板料冲压智能深压技术已经发展到目前的状态。一种是以压边力自适应控制与杯形件拉深模糊推理的手段为方法的技术1。另一个是涉及材料和人工神经网络（ANN)摩擦的验证过程的基于塑性变形模型的控制方法的技术 2。尽管它们有很大的优点，每个控制系统都需要大量的时间和劳动来进行设计和开发过程，总的来说，设计工程师必须是一个有知识的专家和有熟练经验的工程师，否则，技工的帮助是必要的。因此，有必要建立一个新的工艺设计概念架构，它可以避免了对专家的要求。总的来说，必须有效地设计成形单元和系统在工艺设计和工艺控制的过程。在之前的系统中，如图1（左）所示，专家如核心一样扮演着众多角色。 图1 板料成型过程不同设计阶段的新型智能方法 他也获得了必要的经验，传授知识给没有经验的工程师。在这几年专家的数量已经渐渐地减少了。于是，在未来的系统里工艺条件必须在没有专家的援助下自动优化。这个研究的目的是使在工艺设计和控制设计上能够自由的依赖工程经验 过程方案 过程控制 信息 过程方案 过程控制 专家和开发一个在没有知识的专家援助下的拉深过程设计的智能设计架构。 一种新型智能工艺设计及其他系统体系结构简图 我们的概念图所示1（右），它设计了一个能够替代专家大脑功能的处理器，这个处理器包含了一个分析器，数据库和知识基础。它可以根据数据库和基础知识建立适当的运算法则和成形单元存储过程中的传感器信息进行设计和控制，这个很类似于专家的经验。换句话说，它可以通过专家的方式增加经历。因此，建议系统能够进行自动优化过程，并且可以在没有任何专家的帮助下进行工作。 如图2显示了以系统架构概要的概念为基础。它大致可分为两部分。一个是处理器，另外一个是成形单元和系统。成形单元中有多个提供信息给处理器的传感器，从处理器执行命令到执行器。处理器由数据库，知识基础和分析器组成（商业控制设计支持工具；采用MATRIXX）。这个数据库和知识基础包含了各种条件下的进程信息以及在设计过程中的特别方法。这个处理器不仅能够运用数据库和知识基础设计过程，而且可以用来自传感器的信息来确定工件和控制驱动器使用的材料特性。此外，这个系统可以通过利用数据库和知识基础处理多种工件以及工件材料的变化，工具条件和润滑条件。 该体系结构在深冲过程的应用 在这项研究中，杯形件拉深的问题通过了一项基本的但又很重要的例子-钣金形成过程。在拉深过程中，成形极限主要是在受断裂的冲肩和起皱的突起部分。虽然提供适量的压边力可以避免皱纹，但是过大的压边力会导致断裂。因此，要用适量的压边力进行成功处理。因此，新的设计架构是压边力自适应控制在拉深过程中的应用，以验证架构的可用性。图3显示了一个智能金属板料成形系统架构的设计过程与数据库。在该系统中，模糊推理被选中作为控制设计过程中的人工智能工具。 图2 金属板料成形单元的智能数据库的设想 图3 智能成形拉深的过程系统结构 评价函数不应被板坯材料，模具的条件，环境条件和其他因素所影响。为此，使用从冲压行程曲线获取的评价函数 和和从最大明显板坯厚度曲线获取的和。评价函数假设壁厚均匀下获取的实际冲压行程曲线和理想曲线的几何差值曲线。 是板坯减薄率DR*微分系数与的比。与是用于断裂估计。评价函数是拼焊板替换相当于厚度板坯凸缘边缘和被用来取代壁厚分布。在以相同的方式为下，和是用来评估起皱行为的。约束函数x的定义为冲压负荷曲线的微分用来评估冲压的进展。 该数据库在这项研究中是由四个过程变量，冲压行程，冲压负荷，表面最大厚度和板料减薄率DR*。板坯减速比可以从所得位移凸缘边缘，并且是由给予，其中：Ro是初始板坯半径和s是凸缘边缘。这些程序数据是利用设计的评价函数适当的隶属函数的集合，让他们必须根据不同的材料和工艺条件下积累（材料性能，加工条件，润滑条件，环境条件等）。 在此建议的架构中，可以设计3个目标函数。第一个是改善杯高，这个可以通过运用最大的压边力来达到最大断裂限制。第二个是工艺节能，用最小的压边力达到起皱极限。第三个是壁厚均匀性，其控制方案可以实现由两个组合目标函数。 图4.数据库中进程信息的要求 图5. 输入的隶属函数集 图6 输出的隶属函数集 模糊模型 模糊模型的应用提供了一个合适的，轻松的优化过程控制，虽然拉深控制不仅不稳定和复杂，但也有非线性形成的特点。 为了如果-那么规则设计的先行使用，隶属函数的集合是通过数据库进行设计的。数据库必须包含至少有两种典型的压边力条件。一个是高压边力，这个可以导致断裂，另一个是低压边力，这个可以导致起皱，正如图4显示。两者关系功能可以联系到，这构建了上节所述过程。后者的数据创建了两个有关的隶属函数。在先前的研究中，只有两套有关的隶属函数和，因为这个目标函数是上文所述的杯高的改善。两个最高值b 和b （图5）应该符合断裂的状态。因此，每个价值决定的依据由最大值检查断裂限制条件的数据库的而决定的。与此同时，a 和a 是通过代替储存在数据库中的最低值来决定的，这类似于和。 图6显示了用于如果-那么原则的隶属函数集。这一部分是专家需要帮助没有试验结果和工作经验所造成的4。然而，这种新的简化的隶属函数集不要求任何经验技术的设计师和机器操作员。每个成员函数的初步范围（图6），可以自动通过这一系统被设定。他们只要提供系统输出值（BHF），它的值是0.2，是由对成形单元的使用依赖性取决的。表1显示了如果-那么原则中的压边力控制。 图7显示了用于这项研究的模糊压边推理力。尽管最大最小原则是最常见的推理规则，最大的隶属函数被忽略，最小的被使用。然而，可取的做法是双方对隶属函数的加以考虑。因此，在这项工作中，隶属函数的领域是用于如图 7中示，除了最小的使用。个别模糊规则的模糊产出是由使用最大的隶属函数和该区域的交集。 图7. BHF模糊推理模型 表2使用的板坯材料特性 表3实验条件 表4模具条件 实验 使用的材料和实验条件 用于拉深实验的是厚度1mm的铝合金薄板(A5182-0)。材料特性列于表2。在拉深系统中能够在这过程中使用计算机控制压边力和冲压速度3。该系统具有多个传感器：冲压负荷，冲压行程，压边力，板坯凸缘径向位移是由涡流位移传感器的。表3和表4分别显示的是实验条件和工具的条件。 图8冲压负荷和压边力曲线在这过程中控制 图9在变压边力和恒压边力作用下杯形件高度比较 实验过程 恒定的压边力的拉深实验 在设计过程的第一步是构建常数压边力实验结果的数据库。在目前的体系结构中，断裂和皱压边力条件限制的进程信息是至关重要的。然而，这项研究涉及目标函数杯高的改善作为验证设计系统架构的效率，处理信息相关的断裂极限压边力条件被收集和存储在数据库中。 变化的压边力的拉深实验 在压边力拉深与模糊控制是根据上述目标函数的基础上进行测试变量。程序有如下的细节。第一，隶属函数是由固定压边力实验而构建的数据库使用而产生的。第二，初步的压边力，板坯几何和冲压速度是在处理器输入，然后在模具以恒定的速度下降。自动闭环控制压边力以满足所获得模糊规则的目标函数。在这方面，最初的BHF设置为1.0KN。对于最高杯目标函数，处理器基本上控制压边力增加至最大可能来获得最高的冲压拉深。当评价函数表明断裂的可能性很高，那么，可以控制压边力减小，以避免断裂。相反，当评价函数表现出足够允许断裂，那么可以增加压边力。 结果与讨论 图8显示的冲压负荷和压边力实验曲线是由一个变量压边力控制的新系统设计与结构设计的数据库系统所获得。也表明该压边力断裂极限曲线的塑性变形模型2。变量压边力路径根据目标函数指示增加压边力尽可能达到断裂极限和避免断裂。因此，改善冲压已经完成，如图9所示。然而，实验结果仍