熱鍛成形工藝智能設(shè)計與優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、工藝及模具的設(shè)計是鍛件產(chǎn)品開發(fā)的核心環(huán)節(jié),它直接關(guān)系到最終鍛件的質(zhì)量、成本、生產(chǎn)效率和模具的壽命。面對日益激烈的市場競爭,如何充分利用先進設(shè)計與制造技術(shù)來改造傳統(tǒng)鍛造產(chǎn)業(yè),提高熱鍛成形工藝及模具設(shè)計的質(zhì)量和水平,降低生產(chǎn)成本,從而提高企業(yè)的競爭力,是目前擺在鍛造工程技術(shù)人員和研究人員面前迫切需要解決的問題。
　　 本文在詳細分析熱鍛成形工藝及模具設(shè)計技術(shù)、CAD/CAE/CAM技術(shù)、有限元數(shù)值模擬技術(shù)、設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其

2、發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上,通過集成基于知識的設(shè)計技術(shù)、CAD/CAE/CAM技術(shù)、人工智能技術(shù)、基于數(shù)值模擬的設(shè)計優(yōu)化技術(shù),構(gòu)建了熱鍛成形工藝智能設(shè)計系統(tǒng)的基本框架,開發(fā)了熱鍛成形工藝智能設(shè)計系統(tǒng)。在整個設(shè)計過程中,系統(tǒng)不僅能對設(shè)計人員進行智能引導(dǎo)以完成初始設(shè)計,而且能對其設(shè)計方案進行優(yōu)化并最終獲得最優(yōu)的工藝及模具參數(shù)。這就將傳統(tǒng)的熱鍛成形工藝及模具的設(shè)計技術(shù)提升到了基于知識的設(shè)計、設(shè)計優(yōu)化的層次,從而實現(xiàn)了熱鍛成形工藝及模具設(shè)計方法從經(jīng)驗設(shè)計

3、向科學(xué)設(shè)計、智能設(shè)計的轉(zhuǎn)變,提高了設(shè)計效率和設(shè)計水平。全文對實現(xiàn)熱鍛成形工藝及模具智能設(shè)計的三項關(guān)鍵技術(shù)進行了深入的研究,即熱鍛成彤工藝設(shè)計與再設(shè)計策略、熱鍛成形工藝智能設(shè)計系統(tǒng)知識推理與控制策略、基于數(shù)值模擬的設(shè)計優(yōu)化技術(shù)。
　　 提出了基于知識工程和設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的熱鍛成形工藝設(shè)計與冉設(shè)計策略。將整個熱鍛成形工藝及模具設(shè)計過程分成知識設(shè)計和設(shè)計優(yōu)化兩個階段。首先基于知識的設(shè)計方法將設(shè)計經(jīng)驗與設(shè)計知識應(yīng)用于熱鍛成形工藝及模具的設(shè)

4、計過程之中,獲得初始設(shè)計方案,然后,在此基礎(chǔ)上,采用基于數(shù)值模擬的設(shè)計優(yōu)化技術(shù)對熱鍛成形工藝及模具的初始設(shè)計方案進行再設(shè)計,得到優(yōu)化的設(shè)計結(jié)果。這為提高熱鍛成形工藝及模具設(shè)計的質(zhì)量和水平開辟了一條全新的途徑。
　　 根據(jù)熱鍛成形工藝及模具設(shè)計的特點,提出了基于模型推理和任務(wù)驅(qū)動的設(shè)計方法,按照面向?qū)ο蟮脑O(shè)計模式,將熱鍛成形工藝及模具設(shè)計任務(wù)分成若干設(shè)計對象,每個設(shè)計對象由設(shè)計知識與相應(yīng)的幾何模型構(gòu)成。在設(shè)計對象內(nèi)部,系統(tǒng)通過知識

5、驅(qū)動模式和知識融接技術(shù),進行集成知識推理,完成單獨的設(shè)計任務(wù)。在設(shè)計對象之間,采用設(shè)計對象引用鏈米記錄它們之間的關(guān)系,通過基于任務(wù)驅(qū)動的設(shè)計模式調(diào)用指定的設(shè)計對象完成相應(yīng)的設(shè)計任務(wù),實現(xiàn)了知識輔助設(shè)計的目的。
　　 提出和實現(xiàn)了適用于熱鍛成形工藝及模具優(yōu)化設(shè)計的組合優(yōu)化策略。首先,對設(shè)計變量進行正交試驗設(shè)計(DOE),采用有限元數(shù)值模擬程序仿真金屬熱鍛成形過程,獲取設(shè)計目標的數(shù)值,采用方差分析(ANOVA)為手段對設(shè)計變量進行敏

6、感性分析,篩選重要的設(shè)計變量,降低了設(shè)計優(yōu)化問題的規(guī)模。然后,采用基于近似模型的設(shè)計優(yōu)化方法進行優(yōu)化運算,獲取最優(yōu)的熱鍛成形工藝設(shè)計參數(shù)。
　　 實現(xiàn)了基于近似模型的熱鍛成形工藝設(shè)計優(yōu)化方法。首先采用試驗設(shè)計(DOE)的方法對設(shè)計空間進行數(shù)據(jù)采樣,用響應(yīng)面方法(RSM)建立了設(shè)計變量與目標函數(shù)之間的近似模型。然后在設(shè)計優(yōu)化過程中,用有限元程序來計算實際目標函數(shù)值并對近似最優(yōu)解進行校驗,用近似模型來計算優(yōu)化搜索方向并引導(dǎo)優(yōu)化算法逐