外文翻譯中文--拉深過程控制智能設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)

1、<p><b>　　中文3513字</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯</p><p>　　系　　部： 機(jī)械工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 </p><p>　　姓

2、 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　外文出處： Journal of Materials Processing </p><p>　　Technology，159(2005)，41

3、8–425 </p><p>　　附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 </p><p>　　附件1：外文資料翻譯譯文</p><p>　　拉深過程控制智能設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　摘要</b></p>

4、<p>　　本文提出一種基于數(shù)據(jù)庫的智能金屬板料成形系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)設(shè)想使過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無需熟練和有經(jīng)驗(yàn)的板料成形方面專家的幫助。在這項(xiàng)研究中，所提出體系結(jié)構(gòu)已被用于杯形件拉深的變壓邊力（BHF ）控制技術(shù)中。該系統(tǒng)可用于三個(gè)目標(biāo)函數(shù)，它們是典型的工藝要求：杯形件壁均勻性、杯形件的高度改善和節(jié)省能源。該設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)的可行性已通過鋁合金板實(shí)驗(yàn)證實(shí)。</p><p><b>　　引言</

5、b></p><p>　　一些金屬成型過程控制優(yōu)化的研究正向智能化道路發(fā)展。對(duì)于板料沖壓操作，智能拉深技術(shù)已發(fā)展到目前的狀態(tài)。一種是通過帶模糊推理變壓邊力控制的用于杯形件拉深自適應(yīng)控制方法[1]。另一種是涉及材料和摩擦力識(shí)別過程的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）的基于塑性變形的模型的控制方法[2]。盡管它們有很大的優(yōu)點(diǎn)，但每個(gè)控制系統(tǒng)都需要大量的時(shí)間和工時(shí)用于設(shè)計(jì)和開發(fā)過程,。除了上面所述，設(shè)計(jì)工程師必須成為像熟練且

6、有經(jīng)驗(yàn)的板料成形工程師一樣的知識(shí)專家，否則，技工的幫助將是必不可少的。因此，有必要建立一個(gè)新的過程設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)設(shè)想省卻對(duì)專家的需要。一般來說，成型單元和系統(tǒng)在工藝設(shè)計(jì)和過程控制中必須得到有效的設(shè)計(jì)，在以前的系統(tǒng)中，如圖1所示（左），專家作為核心發(fā)揮了許多作用。</p><p>　　圖1板料成型過程不同設(shè)計(jì)階段的新型智能方法</p><p>　　他還獲取所需的經(jīng)驗(yàn)并向沒有經(jīng)驗(yàn)的工程師傳授知識(shí)

7、。近些年來這方面的專家的數(shù)量在逐漸減少，因此，在未來的系統(tǒng)中，過程的調(diào)節(jié)必須能無需專家?guī)椭詣?dòng)優(yōu)化。本研究的目的是在工藝規(guī)劃和控制設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)階段擺脫對(duì)工程專家的依賴，開發(fā)一種無需專家?guī)椭挠糜诶钸^程控制的智能設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)。</p><p>　　一種新的智能工藝設(shè)計(jì)及其系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　圖1 （右）所示設(shè)想涉及代替專家人腦功能的處理器，它包含一個(gè)分析器、數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫。

8、該處理器可以按照數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫中一套合適的規(guī)則和算法進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制，存儲(chǔ)類似于專家的經(jīng)驗(yàn)來至成型單元過程的傳感信息。換句話說，它可以以類似于專家獲取經(jīng)驗(yàn)一樣的方法成長。因此，所提出系統(tǒng)能夠自動(dòng)優(yōu)化過程，運(yùn)行無需專家?guī)椭?lt;/p><p>　　圖2顯示了基于上述設(shè)想的體系結(jié)構(gòu)簡圖。它廣義上可分為兩個(gè)部分。一部分是一個(gè)處理器和另外一部分是成型單元和系統(tǒng)。成型單元有一些傳感器向控制處理器提供過程信息，還有通過執(zhí)行單元來

9、自處理器的命令。該處理器由一個(gè)數(shù)據(jù)庫，知識(shí)庫和一個(gè)分析器（商業(yè)化控制設(shè)計(jì)支持工具：MatrixX ）組成 。該數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫包含在不同條件下的工藝信息和各自的工藝設(shè)計(jì)的方法。該處理器不僅能用數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫設(shè)計(jì)工藝，而且還能識(shí)別工件材料特性，使用來自傳感器的傳感信息控制執(zhí)行單元。此外，利用數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫，系統(tǒng)能夠處理不同的工件以及工件材料的變化、加工條件和潤滑條件。</p><p>　　該體系結(jié)構(gòu)在拉深過程中的應(yīng)用

10、</p><p>　　在這項(xiàng)研究中,杯形件的拉深問題被選取為一個(gè)基本且重要的金屬板料成形過程的實(shí)例。在拉深過程中，成形極限主要是由凸模臺(tái)階處的斷裂和法蘭處的起皺決定。盡管為避免起皺有必要施加壓邊力，但過大的壓邊力會(huì)導(dǎo)致斷裂。因此，完成沖壓過程成功需要合適大小的壓邊力。所以，為驗(yàn)證該體系結(jié)構(gòu)的可行性，新的設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)被用于拉深過程中壓邊力的自適應(yīng)控制。圖3顯示基于數(shù)據(jù)庫的智能金屬成型過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。在該系統(tǒng)

11、中，采用模糊推理作為一種過程控制設(shè)計(jì)的人工智能工具。</p><p>　　圖2基于數(shù)據(jù)庫的智能金屬板料成形系統(tǒng)設(shè)想</p><p>　　圖3智能金屬成型拉深過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　評(píng)價(jià)函數(shù)不應(yīng)受板料的材料、加工條件、環(huán)境條件和其他因素影響。出于這個(gè)原因，使用從沖壓行程曲線獲取的評(píng)價(jià)函數(shù)Φ和和從最大明顯板料厚度曲線獲取的評(píng)價(jià)函數(shù)Ψ和。評(píng)價(jià)函數(shù)Φ是假設(shè)

12、均勻壁厚下獲取的實(shí)際沖壓行程曲線和理想的曲線的幾何差值曲線。是Φ對(duì)板厚減薄率的微分。綜合使用Φ和可用于破裂預(yù)測(cè)。評(píng)價(jià)函數(shù)Ψ是壓邊圈位移，它等于法蘭邊緣的板厚，用來代替壁厚分布。和Φ一樣，綜合使用Ψ和可用來評(píng)估起皺的情況。約束函數(shù)定義為沖壓負(fù)荷曲線的微分用來評(píng)估沖壓的進(jìn)展。</p><p>　　在這項(xiàng)研究中的數(shù)據(jù)庫是由四種過程變量組成：沖壓沖程，沖壓負(fù)荷，表面最大厚度和板料減薄率。是從法蘭邊緣的位移位置得出的。而是

13、最初的板料半徑和S是法蘭邊緣的位移值，這些過程數(shù)據(jù)用于設(shè)計(jì)相應(yīng)的隸屬函數(shù)集的評(píng)價(jià)函數(shù)，因此他們必須在各種材料和工藝條件（材料特性，加工條件，潤滑條件，周圍條件）下積累 。</p><p>　　本文提出的體系結(jié)構(gòu)中，可設(shè)計(jì)三個(gè)目標(biāo)函數(shù)。首先是在破裂極限下施加最大壓邊力獲得的杯形件的高度改進(jìn)。二是在起皺極限下施加最小壓邊力獲得的過程能源節(jié)約。三是結(jié)合上述兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)的均勻壁厚控制方案。</p><

14、p>　　表1if-then規(guī)則</p><p>　　圖4數(shù)據(jù)庫中過程信息的需求 </p><p>　　圖5輸入隸屬函數(shù)集 圖6輸出隸屬函數(shù)集</p><p><b>　　模糊模型</b></p><

15、p>　　模糊模型的應(yīng)用提供了一個(gè)既合適又簡單的方式來優(yōu)化控制過程，因?yàn)槔钸^程不僅不穩(wěn)定而且復(fù)雜，同時(shí)也有非線性形成的特點(diǎn)。</p><p>　　這一系列的隸屬函數(shù)通過數(shù)據(jù)庫用于前期的規(guī)則。該數(shù)據(jù)庫必須至少包含兩種固定不同情況的變壓邊力 。一個(gè)是高的變壓邊力條件造成斷裂，另一個(gè)是如圖4所示低的變壓邊力條件導(dǎo)致起皺。相對(duì)于兩相關(guān)的隸屬函數(shù)在先前部分的數(shù)據(jù)處理過程中提到過Φ，后者的數(shù)據(jù)創(chuàng)建兩個(gè)隸屬函數(shù)的關(guān)系為Ψ

16、。如上所述，在本研究中，只有兩套隸屬函數(shù)關(guān)注Φ和，因?yàn)槟繕?biāo)隸屬函數(shù)是提高杯形件的高度。圖5中兩個(gè)最大的測(cè)試值和應(yīng)符合斷裂情況。因此，每個(gè)測(cè)試值是在數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)限制條件下最大的測(cè)試值所決定的。與此同時(shí)，和取代存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中最類似的最低值Φ和。</p><p>　　如圖6所示用于1if-then規(guī)則輸出的一套隸屬函數(shù)。這部分是有經(jīng)驗(yàn)的專家借助先前的工作中試錯(cuò)所決定的。因此，這種新的簡化的隸屬函數(shù)集的不需要有任何經(jīng)驗(yàn)，設(shè)

17、計(jì)者和機(jī)器操作員不一定需要技能和經(jīng)驗(yàn)。圖6中，隸屬函數(shù)最初范圍可以自動(dòng)通過這一系統(tǒng)被設(shè)定。由于依賴于成形單元的使用，所以它們僅僅提供系統(tǒng)輸出值（壓力差）的放大系數(shù)，為0.2。表1給出用于壓邊力控制的if-then規(guī)則。</p><p>　　如圖7所示為用于這項(xiàng)研究的模糊壓邊推理力。雖然極大-極小求值是最常見的推理方法，但是當(dāng)使用極小處理器時(shí)，較大的隸屬函數(shù)卻被忽略掉。然而，考慮雙方的隸屬函數(shù)都是合乎需要的。因此，

18、在這項(xiàng)工作中，像圖7所示那樣，隸屬函數(shù)功能范圍可以用在極小處理器中。結(jié)合運(yùn)用極大處理器和范圍的輸出是各個(gè)模糊理論原則的輸出。</p><p>　　圖7變壓邊力模型的模糊推理</p><p><b>　　表2材料特性</b></p><p><b>　　表3實(shí)驗(yàn)條件</b></p><p><b

19、>　　表4加工條件</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　使用的實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)條件</p><p>　　鋁合金金屬薄板（A5182-0 ）的厚度1.0毫米模板被用于拉深實(shí)驗(yàn)。該材料性能列于表2 。拉深繪圖系統(tǒng)能用于電腦控制的壓邊力和高速?zèng)_壓過程中[3] 。該系統(tǒng)具有幾個(gè)感應(yīng)器：沖壓沖程，沖壓負(fù)荷

20、，壓邊力，法蘭的徑向拉深的位移是由位移傳感器所決定的，坯件支架位移由渦流位移傳感器所決定的。表3和表4分別表明，實(shí)驗(yàn)條件和工件條件。</p><p>　　圖8沖壓力和壓邊力控制曲線</p><p>　　圖9在變壓邊力和恒壓邊力作用下杯形件高度比較</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　持續(xù)的壓

21、邊力拉深試驗(yàn)</p><p>　　設(shè)計(jì)過程第一步，是在恒定的壓邊力實(shí)驗(yàn)結(jié)果中建立數(shù)據(jù)庫。在目前的體系結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的信息處理和壓邊力限制條件是非常重要的。但是，由于這項(xiàng)研究處理的改善杯形件的高度作為目標(biāo)隸屬函數(shù)來驗(yàn)證設(shè)計(jì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的有效性，相對(duì)于壓邊力結(jié)構(gòu)的限制條件，信息處理在數(shù)據(jù)庫中是具有選擇性和儲(chǔ)存性的。</p><p>　　壓邊力拉深試驗(yàn)的模糊變量控制 </p><

22、;p>　　壓邊力拉深試驗(yàn)變量與模糊控制，是在上述的目標(biāo)隸屬函數(shù)的基礎(chǔ)上建立的。詳細(xì)的程序如下：首先，在恒定壓邊力實(shí)驗(yàn)中利用數(shù)據(jù)庫生成；其次，在將最初的壓邊力，坯件的幾何形狀和沖壓速度輸入處理器，然后控制在一個(gè)恒定的速度范圍。壓邊力自動(dòng)化通過模糊規(guī)則對(duì)目標(biāo)隸屬函數(shù)進(jìn)行一個(gè)閉環(huán)循環(huán)。在這項(xiàng)研究中的最初的壓邊力值設(shè)置為1.0kN。對(duì)最高的杯形件目標(biāo)隸屬函數(shù)而言，處理器基本上控制壓邊力增加到最大值，從而可能獲得最高的杯形件的拉深。隸屬函數(shù)

23、估算值指示出較大可能性的破裂，壓邊力可以預(yù)防控制破裂的產(chǎn)生。相反，當(dāng)隸屬函數(shù)預(yù)測(cè)值足夠大則允許破裂的產(chǎn)生，壓邊力可以適量增加。</p><p><b>　　結(jié)果和討論</b></p><p>　　圖8所示為用新的帶數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)得到一個(gè)變量的壓邊力控制系統(tǒng)的沖壓載荷和壓邊力實(shí)驗(yàn)曲線數(shù).。從塑性變形模型中[2]，還得到了斷裂極限的壓邊力曲線。如圖9所示，由于改善杯

24、形件高度，可變壓邊力目標(biāo)隸屬函數(shù)增加的壓邊力可能受避免破裂而限制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明仍然是不夠的。在下一階段，應(yīng)反饋在變壓邊力條件下的過程信息來優(yōu)化模糊原則，如圖8所示。這樣的方法將優(yōu)化控制過程。 </p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　1.用智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫代替知識(shí)專家的這一新設(shè)想提出用于金屬板料成型?；谠擉w系結(jié)構(gòu)所提出的設(shè)想被開發(fā)和應(yīng)用于杯