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

1、焊接技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，焊接技術(shù)水平直接影響著制造業(yè)的整體能力和水平。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)焊接產(chǎn)品制造的自動化、柔性化與智能化成為必然趨勢。在實(shí)際生產(chǎn)之前，有必要對焊接產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行工程、分布式人工智能對焊接產(chǎn)品進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，對實(shí)現(xiàn)焊接產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要意義。
　　本文根據(jù)以上需求，基于對焊接加工過程特點(diǎn)的分析，提出綜合運(yùn)用智能體(Agent)技術(shù)及有限單元分析(FEA)技

2、術(shù)來構(gòu)建焊接加工過程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)(Welding Processes Collaborative Design System,WPCDS)，以實(shí)現(xiàn)焊接過程的協(xié)同優(yōu)化。在系統(tǒng)的對單工序內(nèi)各個(gè)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(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，建立了基于Agent的WPCDS，并對系統(tǒng)中的若干核心Agent進(jìn)行了分析與研究，構(gòu)建了相應(yīng)的Agent及基于網(wǎng)絡(luò)的仿真環(huán)境。
　　本研究從焊接有限元分析特點(diǎn)出發(fā)，提出遺傳算法與有

3、限元計(jì)算相耦合的方法對單工序內(nèi)部各項(xiàng)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化，并以某油箱焊接過程為例進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明：這種耦合方法可以高效、科學(xué)地獲得優(yōu)化參數(shù)組合。
　　考慮到工程產(chǎn)品往往經(jīng)過多道工序加工，所以分析了多工序加工時(shí)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化。提出了焊接分析過程的三層體系結(jié)構(gòu)，即設(shè)計(jì)層、工序?qū)雍凸に噷印Ｔ诖朔謱幽Ｐ突A(chǔ)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(jìn)行了劃分并相應(yīng)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(fù)雜、優(yōu)化規(guī)模大、非線性計(jì)算困難等缺點(diǎn)，適合焊接加工的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)計(jì)變量協(xié)調(diào)、動態(tài)、并行地進(jìn)行優(yōu)化。將以上策略應(yīng)用于某油箱結(jié)構(gòu)的焊接參數(shù)優(yōu)化，以焊后各單元節(jié)點(diǎn)最大變形量最小為適應(yīng)度判斷依據(jù)，優(yōu)化結(jié)果表明：該策略可以實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一的調(diào)控機(jī)制下進(jìn)行多項(xiàng)有限元任務(wù)的協(xié)同并行計(jì)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(shè)計(jì)了WPCDS框架，該框架包括5個(gè)子模塊和1個(gè)加工設(shè)備庫，并以一個(gè)典型的分析過程為例說明

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

6、預(yù)裝配Agent、焊道填充模擬Agent。實(shí)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(shè)計(jì)的效率；焊接預(yù)裝配Agent可以使用戶省去乏味和復(fù)雜的前處理過程，將抽象的條件加載轉(zhuǎn)化為逼真的虛擬焊接操作，為虛擬制造技術(shù)在焊接領(lǐng)域中應(yīng)用提供了思路；在理論上給出“節(jié)點(diǎn)動態(tài)松弛法”的證明之后，設(shè)計(jì)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(shí)常出現(xiàn)的問題。以上的這些Agent擴(kuò)充了WPCDS的功能。<