外文翻譯中文--拉深過程控制智能設(shè)計體系結(jié)構(gòu)

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

2、 名： </p><p>　　學(xué) 號： </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)計體系結(jié)構(gòu)設(shè)想使過程控制系統(tǒng)的設(shè)計無需熟練和有經(jīng)驗的板料成形方面專家的幫助。在這項研究中，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)計體系結(jié)構(gòu)的可行性已通過鋁合金板實驗證實。</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，但每個控制系統(tǒng)都需要大量的時間和工時用于設(shè)計和開發(fā)過程,。除了上面所述，設(shè)計工程師必須成為像熟練且

6、有經(jīng)驗的板料成形工程師一樣的知識專家，否則，技工的幫助將是必不可少的。因此，有必要建立一個新的過程設(shè)計體系結(jié)構(gòu)設(shè)想省卻對專家的需要。一般來說，成型單元和系統(tǒng)在工藝設(shè)計和過程控制中必須得到有效的設(shè)計，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)計階段的新型智能方法</p><p>　　他還獲取所需的經(jīng)驗并向沒有經(jīng)驗的工程師傳授知識

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詣觾?yōu)化。本研究的目的是在工藝規(guī)劃和控制設(shè)計的設(shè)計階段擺脫對工程專家的依賴，開發(fā)一種無需專家?guī)椭挠糜诶钸^程控制的智能設(shè)計體系結(jié)構(gòu)。</p><p>　　一種新的智能工藝設(shè)計及其系統(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，它包含一個分析器、數(shù)據(jù)庫和知識庫。

8、該處理器可以按照數(shù)據(jù)庫和知識庫中一套合適的規(guī)則和算法進行設(shè)計和控制，存儲類似于專家的經(jīng)驗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)驗一樣的方法成長。因此，所提出系統(tǒng)能夠自動優(yōu)化過程，運行無需專家?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部分。一部分是一個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。該處理器由一個數(shù)據(jù)庫，知識庫和一個分析器（商業(yè)化控制設(shè)計支持工具：MatrixX ）組成 。該數(shù)據(jù)庫和知識庫包含在不同條件下的工藝信息和各自的工藝設(shè)計的方法。該處理器不僅能用數(shù)據(jù)庫和知識庫設(shè)計工藝，而且還能識別工件材料特性，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>　　在這項研究中,杯形件的拉深問題被選取為一個基本且重要的金屬板料成形過程的實例。在拉深過程中，成形極限主要是由凸模臺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，為驗證該體系結(jié)構(gòu)的可行性，新的設(shè)計體系結(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)計系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　評價函數(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。出于這個原因，使用從沖壓行程曲線獲取的評價函數(shù)Φ和和從最大明顯板料厚度曲線獲取的評價函數(shù)Ψ和。評價函數(shù)Φ是假設(shè)

12、均勻壁厚下獲取的實際沖壓行程曲線和理想的曲線的幾何差值曲線。是Φ對板厚減薄率的微分。綜合使用Φ和可用于破裂預(yù)測。評價函數(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估沖壓的進展。</p><p>　　在這項研究中的數(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)計相應(yīng)的隸屬函數(shù)集的評價函數(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)計三個目標(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。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)用提供了一個既合適又簡單的方式來優(yōu)化控制過程，因為拉深過程不僅不穩(wěn)定而且復(fù)雜，同時也有非線性形成的特點。</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 。一個是高的變壓邊力條件造成斷裂，另一個是如圖4所示低的變壓邊力條件導(dǎo)致起皺。相對于兩相關(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，因為目標(biāo)隸屬函數(shù)是提高杯形件的高度。圖5中兩個最大的測試值和應(yīng)符合斷裂情況。因此，每個測試值是在數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)限制條件下最大的測試值所決定的。與此同時，和取代存儲在數(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)驗的專家借助先前的工作中試錯所決定的。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，設(shè)

17、計者和機器操作員不一定需要技能和經(jīng)驗。圖6中，隸屬函數(shù)最初范圍可以自動通過這一系統(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，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)合運用極大處理器和范圍的輸出是各個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實驗條件</b></p><p><b

19、>　　表4加工條件</b></p><p><b>　　實驗</b></p><p>　　使用的實驗材料和實驗條件</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驗。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沖壓過程中[3] 。該系統(tǒng)具有幾個感應(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，實驗條件和工件條件。</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>　　實驗步驟</b></p><p>　　持續(xù)的壓

21、邊力拉深試驗</p><p>　　設(shè)計過程第一步，是在恒定的壓邊力實驗結(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)來驗證設(shè)計系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的有效性，相對于壓邊力結(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存性的。</p><p>　　壓邊力拉深試驗的模糊變量控制 </p><

22、;p>　　壓邊力拉深試驗變量與模糊控制，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，在恒定壓邊力實驗中利用數(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，然后控制在一個恒定的速度范圍。壓邊力自動化通過模糊規(guī)則對目標(biāo)隸屬函數(shù)進行一個閉環(huán)循環(huán)。在這項研究中的最初的壓邊力值設(shè)置為1.0kN。對最高的杯形件目標(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)計體系結(jié)構(gòu)得到一個變量的壓邊力控制系統(tǒng)的沖壓載荷和壓邊力實驗曲線數(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，實驗結(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)計系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫代替知識專家的這一新設(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