材料加工CADCAM基础第五章焊接成形

第五章焊接成形CAD 第一节概述 计算机辅助焊接技术 ComputerAidedWelding CAW 焊接结构和接头的计算机辅助设计 焊接工装计算机辅助设计 焊接工艺计算机辅助计划 焊接工艺过程计算机辅助管理等 焊接过程模拟 焊接工艺过程控制 传感器以及生产过程自动化等 计算机辅助焊接技术示意图 数控切割下料传统的数控切割 是靠人工根据图样将切割零件的几何尺寸编码以穿孔纸带的形式输入专用计算机系统 控制割炬的运动路径 数控切割可以通过个人计算机输入零件的几何尺寸就能规划出割炬的运动轨迹 如果采用了较完善的CAD系统 可以将设计图上的零件的几何数据直接转化成数控切割机所需数据 焊接CIMS系统计算机集成制造系统 ComputerIntegratedManufacturingSystem CIMS 从订货到加工 直至发货全部过程的各个步骤都可以从计算机中及时得到必需的信息集成系统 焊接CIMS系统指焊接结构生产中 围绕焊接机器人进行装配 焊接的信息集成系统 焊接机器人 机械加工时的数控加工中心 离线编程 机器人控制 焊接过程监控 焊接结构CIMS大大提高了生产效率 但不等于无人化的自动化工厂 而是体现了人类专家和计算机 机器人等技术更密切的结合 神经网络在焊接中的应用人工神经网络是一种模拟生物神经系统的计算机系统 由若干神经元和他们之间的相互连接形成一个网络拓扑 神经网络可以看作是另一种专家系统 在传统的专家系统中 知识库的知识通常是以显示的规则表示 而在神经网络中 知识并不逐一以规则表示 而是将相关的知识以数学模型的形式隐式表现出来 神经网络弥补传统专家系统中知识获得困难 知识领域窄等不足 因而在不少方面等到了成功的应用 福特汽车公司开发的神经网络系统 可以模拟钎焊搭接接头的生产效果 神经网络的输入参数为保护气体成分 填充金属种类 脉冲电流频率 钎焊速度等 通过变更相关的参数后 可以在屏幕上看到钎焊表面高度的变化 从而可以通过神经网络调整参数 保证钎焊接头质量 避免不必要的试验 随着技术的进步 焊接工艺过程中许多现象不仅可以从本质上进行理论解释 而且还可以进行定量分析 模拟和理论预测 作为模拟和理论预测的最主要方法 数值分析方法在焊接中广泛应用 数值分析方法的限制 1 焊接过程复杂 涉及广泛的学科和特殊现象 2 缺乏准确的物理性能或力学性能常数 特别是高温下的数据 3 计算工作量庞大 耗时 费用较高 第二节焊接专家系统 专家系统的特点1 启发性能够运用专家的知识与经验进行推理 判断和决策 2 透明性能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题 以方便让用户能够了解推理过程 提高对专家系统的信赖感 3 灵活性能够不断地增长知识 修改原有知识 不断更新 专家系统的优点1 高效率 准确 周到 迅速和不知疲倦的进行工作 2 解决实际问题不受周围环境的影响 不回遗漏忘记 而且容易复制和移植 3 不受时间和空间的限制 4 能促进各领域的发展 5 拥有更渊博的知识 更丰富的经验和更强的工作能力 6 能够促进整个学科技术的发展 二 专家系统的组成 典型专家系统结构由知识库 数据库及推理机等组成 典型专家系统结构 1 知识库是问题求解知识的集合 含有显示地表示的各种知识块 包括基本事实 规则和其他有关信息 2 全局数据库或称工作存储器 反映当前问题求解状态的集合 用于临时存放求解问题所需的各种初始数据或证据 以及求解期间由专家系统产生的各种中间信息 有时还包括中间假设或中间结论之间的 链 关系等 3 推理机主要由调度程序与解释程序组成 是实施问题求解的核心执行机构 调度程序依据全局数据库中的当前问题状态及有关信息 按一定的控制策略从知识库中识别和选取可用知识 解释程序的任务是依据知识的语义 对找到的知识进行解释执行 并把结果记录到全局数据库的适当空间中 4 知识获取机制是专家系统中把求解问题的各种专门知识 从人类专家的头脑中或其他知识源那里转换到知识库中来的一个重要机构 5 解释机制是专家系统中回答用户询问 对自己的求解过程或对自己当前的求解状态提供说明的一个重要机构 6 用户界面是专家系统和用户之间进行交互通信和信息交换的媒介 7 为了强调专家系统的人机共存和共同思考的特征 用户也可以被视为专家系统的一个组成部分 三 焊接专家系统的开发 1 建造专家系统的步骤 再改造 建造专家系统的步骤 1 认识阶段知识工程师提出问题 领域专家解释如何求解问题 讲述其推理路线 通过讨论 对问题的形式体系获得一致认识的一般描述 明确对系统的具体要求 2 概念化阶段使认识阶段的一些概念和关系变得更明确 所形成的概念必须和问题求解过程的思路一致 3 形式化阶段形式化过程是把上一阶段孤立处理的概念 子问题及信息流特征等 用某种知识工程的工具将其形式化 4 实现阶段把建立的模型映射到具体领域中去 建成原型系统 5 测试阶段要对原型系统及实现系统时所使用的表示形式作出评价 三 焊接专家系统的评价 1 评价系统的性能 看其求解结论的质量如何 是否已达到领域专家水平 实用程度如何 2 系统的知识表示模式是否适当 3 所用推理技术是否正确 4 评价系统的灵活性 看其是否便于修改和扩充知识库 5 评价系统的透明性 看其解题过程及系统本身是否易于理解 6 评价系统的可用性 包括使用的简易性 人机通信的直观性 求解效率以及推广应用能力 7 应用效益如何 8 系统的实现技术是否对促进专家系统的发展有积极意义 专家系统评级 1 演示原型能够解决部分领域问题 旨在说明专家系统技术的可用性 2 研究原型3 领域原型已在用户环境下接受了大范围的测试并显示了足够的可靠性及良好性能 4 产品模型在性能 求解问题的效率 灵活性 透明性等方面都达到了比较令人满意的程度 5 商品化系统已投入日常运行或已投放市场 焊接工艺设计专家系统 专家系统的知识库中主要存放各种钢材 铝合金 钛合金 铜合金及异种材料焊接工艺设计规律 焊接方法除了常用的弧焊方法外 还有两种或两种以上组合焊接方法的焊接工艺设计规则 具体包括以下几个方面 1 焊缝坡口知识 包括坡口图形及其几何尺寸 2 焊材选择知识 包括焊材牌号及其相应尺寸 3 焊接热参数知识 如 预热温度 消氢温度及时间 后热温度及时间 热处理温度及时间 4 焊接工艺参数选择知识 包括 焊接层数 每一层的焊接方法 焊接材料 填充金属直径 焊接电流 焊接电压及焊接速度等规范参数 焊接工艺设计专家系统 对象初始条件输入 不锈钢手工电弧焊时 焊接速度对象建立及维护界面 坡口图形管理 焊接工艺设计中间结果 焊接工艺设计推理结果 第三节典型焊接专家系统介绍 一 Weldselector 焊接材料选择美国科罗拉多矿业学院 CSM 与美国焊接研究所 AWI 联合研制 功能及特点根据焊接条件 选择一到数种可使用的焊接材料 适用范围SMAW GMAW等焊接方法 二 GasSelector 焊接保护气体选择英国焊接研究所 TWI 研制 1 功能及特点在综合考虑技术及经济因素的基础上 选择一到数种适用的焊接保护气体 并给出其推荐流量 2 适用范围TIG MIG PAW等焊接方法 三 MAGWIN 焊接工艺优化及焊接缺陷分析德国Achen工业大学焊接研究所研制组成 主控部分 数据库接口 回归分析模块及用户界面功能 工艺制定 工艺优化和缺陷分析适用范围 短路 喷射 脉冲等电弧类型的MAG焊 四 ESW 弧焊工艺制定与咨询专家系统清华大学研制 1992年完成 功能 ESW焊接工艺选择以工艺设计为核心 辅以与焊接工程相关的丰富咨询及计算功能 具有较强的实用性 知识库包括 焊接专家经验 压力容器焊接相关标准 基于大