材料加工CADCAM基礎(chǔ)第五章焊接成形

第五章焊接成形CAD 第一節(jié)概述 計算機輔助焊接技術(shù) ComputerAidedWelding CAW 焊接結(jié)構(gòu)和接頭的計算機輔助設(shè)計 焊接工裝計算機輔助設(shè)計 焊接工藝計算機輔助計劃 焊接工藝過程計算機輔助管理等 焊接過程模擬 焊接工藝過程控制 傳感器以及生產(chǎn)過程自動化等 計算機輔助焊接技術(shù)示意圖 數(shù)控切割下料傳統(tǒng)的數(shù)控切割 是靠人工根據(jù)圖樣將切割零件的幾何尺寸編碼以穿孔紙帶的形式輸入專用計算機系統(tǒng) 控制割炬的運動路徑 數(shù)控切割可以通過個人計算機輸入零件的幾何尺寸就能規(guī)劃出割炬的運動軌跡 如果采用了較完善的CAD系統(tǒng) 可以將設(shè)計圖上的零件的幾何數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化成數(shù)控切割機所需數(shù)據(jù) 焊接CIMS系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng) ComputerIntegratedManufacturingSystem CIMS 從訂貨到加工 直至發(fā)貨全部過程的各個步驟都可以從計算機中及時得到必需的信息集成系統(tǒng) 焊接CIMS系統(tǒng)指焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中 圍繞焊接機器人進行裝配 焊接的信息集成系統(tǒng) 焊接機器人 機械加工時的數(shù)控加工中心 離線編程 機器人控制 焊接過程監(jiān)控 焊接結(jié)構(gòu)CIMS大大提高了生產(chǎn)效率 但不等于無人化的自動化工廠 而是體現(xiàn)了人類專家和計算機 機器人等技術(shù)更密切的結(jié)合 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在焊接中的應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)的計算機系統(tǒng) 由若干神經(jīng)元和他們之間的相互連接形成一個網(wǎng)絡(luò)拓撲 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以看作是另一種專家系統(tǒng) 在傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)中 知識庫的知識通常是以顯示的規(guī)則表示 而在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中 知識并不逐一以規(guī)則表示 而是將相關(guān)的知識以數(shù)學模型的形式隱式表現(xiàn)出來 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)彌補傳統(tǒng)專家系統(tǒng)中知識獲得困難 知識領(lǐng)域窄等不足 因而在不少方面等到了成功的應(yīng)用 福特汽車公司開發(fā)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 可以模擬釬焊搭接接頭的生產(chǎn)效果 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)為保護氣體成分 填充金屬種類 脈沖電流頻率 釬焊速度等 通過變更相關(guān)的參數(shù)后 可以在屏幕上看到釬焊表面高度的變化 從而可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整參數(shù) 保證釬焊接頭質(zhì)量 避免不必要的試驗 隨著技術(shù)的進步 焊接工藝過程中許多現(xiàn)象不僅可以從本質(zhì)上進行理論解釋 而且還可以進行定量分析 模擬和理論預(yù)測 作為模擬和理論預(yù)測的最主要方法 數(shù)值分析方法在焊接中廣泛應(yīng)用 數(shù)值分析方法的限制 1 焊接過程復(fù)雜 涉及廣泛的學科和特殊現(xiàn)象 2 缺乏準確的物理性能或力學性能常數(shù) 特別是高溫下的數(shù)據(jù) 3 計算工作量龐大 耗時 費用較高 第二節(jié)焊接專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)的特點1 啟發(fā)性能夠運用專家的知識與經(jīng)驗進行推理 判斷和決策 2 透明性能夠解釋本身的推理過程和回答用戶提出的問題 以方便讓用戶能夠了解推理過程 提高對專家系統(tǒng)的信賴感 3 靈活性能夠不斷地增長知識 修改原有知識 不斷更新 專家系統(tǒng)的優(yōu)點1 高效率 準確 周到 迅速和不知疲倦的進行工作 2 解決實際問題不受周圍環(huán)境的影響 不回遺漏忘記 而且容易復(fù)制和移植 3 不受時間和空間的限制 4 能促進各領(lǐng)域的發(fā)展 5 擁有更淵博的知識 更豐富的經(jīng)驗和更強的工作能力 6 能夠促進整個學科技術(shù)的發(fā)展 二 專家系統(tǒng)的組成 典型專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由知識庫 數(shù)據(jù)庫及推理機等組成 典型專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1 知識庫是問題求解知識的集合 含有顯示地表示的各種知識塊 包括基本事實 規(guī)則和其他有關(guān)信息 2 全局數(shù)據(jù)庫或稱工作存儲器 反映當前問題求解狀態(tài)的集合 用于臨時存放求解問題所需的各種初始數(shù)據(jù)或證據(jù) 以及求解期間由專家系統(tǒng)產(chǎn)生的各種中間信息 有時還包括中間假設(shè)或中間結(jié)論之間的 鏈 關(guān)系等 3 推理機主要由調(diào)度程序與解釋程序組成 是實施問題求解的核心執(zhí)行機構(gòu) 調(diào)度程序依據(jù)全局數(shù)據(jù)庫中的當前問題狀態(tài)及有關(guān)信息 按一定的控制策略從知識庫中識別和選取可用知識 解釋程序的任務(wù)是依據(jù)知識的語義 對找到的知識進行解釋執(zhí)行 并把結(jié)果記錄到全局數(shù)據(jù)庫的適當空間中 4 知識獲取機制是專家系統(tǒng)中把求解問題的各種專門知識 從人類專家的頭腦中或其他知識源那里轉(zhuǎn)換到知識庫中來的一個重要機構(gòu) 5 解釋機制是專家系統(tǒng)中回答用戶詢問 對自己的求解過程或?qū)ψ约寒斍暗那蠼鉅顟B(tài)提供說明的一個重要機構(gòu) 6 用戶界面是專家系統(tǒng)和用戶之間進行交互通信和信息交換的媒介 7 為了強調(diào)專家系統(tǒng)的人機共存和共同思考的特征 用戶也可以被視為專家系統(tǒng)的一個組成部分 三 焊接專家系統(tǒng)的開發(fā) 1 建造專家系統(tǒng)的步驟 再改造 建造專家系統(tǒng)的步驟 1 認識階段知識工程師提出問題 領(lǐng)域?qū)＜医忉屓绾吻蠼鈫栴} 講述其推理路線 通過討論 對問題的形式體系獲得一致認識的一般描述 明確對系統(tǒng)的具體要求 2 概念化階段使認識階段的一些概念和關(guān)系變得更明確 所形成的概念必須和問題求解過程的思路一致 3 形式化階段形式化過程是把上一階段孤立處理的概念 子問題及信息流特征等 用某種知識工程的工具將其形式化 4 實現(xiàn)階段把建立的模型映射到具體領(lǐng)域中去 建成原型系統(tǒng) 5 測試階段要對原型系統(tǒng)及實現(xiàn)系統(tǒng)時所使用的表示形式作出評價 三 焊接專家系統(tǒng)的評價 1 評價系統(tǒng)的性能 看其求解結(jié)論的質(zhì)量如何 是否已達到領(lǐng)域?qū)＜宜?實用程度如何 2 系統(tǒng)的知識表示模式是否適當 3 所用推理技術(shù)是否正確 4 評價系統(tǒng)的靈活性 看其是否便于修改和擴充知識庫 5 評價系統(tǒng)的透明性 看其解題過程及系統(tǒng)本身是否易于理解 6 評價系統(tǒng)的可用性 包括使用的簡易性 人機通信的直觀性 求解效率以及推廣應(yīng)用能力 7 應(yīng)用效益如何 8 系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)是否對促進專家系統(tǒng)的發(fā)展有積極意義 專家系統(tǒng)評級 1 演示原型能夠解決部分領(lǐng)域問題 旨在說明專家系統(tǒng)技術(shù)的可用性 2 研究原型3 領(lǐng)域原型已在用戶環(huán)境下接受了大范圍的測試并顯示了足夠的可靠性及良好性能 4 產(chǎn)品模型在性能 求解問題的效率 靈活性 透明性等方面都達到了比較令人滿意的程度 5 商品化系統(tǒng)已投入日常運行或已投放市場 焊接工藝設(shè)計專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)的知識庫中主要存放各種鋼材 鋁合金 鈦合金 銅合金及異種材料焊接工藝設(shè)計規(guī)律 焊接方法除了常用的弧焊方法外 還有兩種或兩種以上組合焊接方法的焊接工藝設(shè)計規(guī)則 具體包括以下幾個方面 1 焊縫坡口知識 包括坡口圖形及其幾何尺寸 2 焊材選擇知識 包括焊材牌號及其相應(yīng)尺寸 3 焊接熱參數(shù)知識 如 預(yù)熱溫度 消氫溫度及時間 后熱溫度及時間 熱處理溫度及時間 4 焊接工藝參數(shù)選擇知識 包括 焊接層數(shù) 每一層的焊接方法 焊接材料 填充金屬直徑 焊接電流 焊接電壓及焊接速度等規(guī)范參數(shù) 焊接工藝設(shè)計專家系統(tǒng) 對象初始條件輸入 不銹鋼手工電弧焊時 焊接速度對象建立及維護界面 坡口圖形管理 焊接工藝設(shè)計中間結(jié)果 焊接工藝設(shè)計推理結(jié)果 第三節(jié)典型焊接專家系統(tǒng)介紹 一 Weldselector 焊接材料選擇美國科羅拉多礦業(yè)學院 CSM 與美國焊接研究所 AWI 聯(lián)合研制 功能及特點根據(jù)焊接條件 選擇一到數(shù)種可使用的焊接材料 適用范圍SMAW GMAW等焊接方法 二 GasSelector 焊接保護氣體選擇英國焊接研究所 TWI 研制 1 功能及特點在綜合考慮技術(shù)及經(jīng)濟因素的基礎(chǔ)上 選擇一到數(shù)種適用的焊接保護氣體 并給出其推薦流量 2 適用范圍TIG MIG PAW等焊接方法 三 MAGWIN 焊接工藝優(yōu)化及焊接缺陷分析德國Achen工業(yè)大學焊接研究所研制組成 主控部分 數(shù)據(jù)庫接口 回歸分析模塊及用戶界面功能 工藝制定 工藝優(yōu)化和缺陷分析適用范圍 短路 噴射 脈沖等電弧類型的MAG焊 四 ESW 弧焊工藝制定與咨詢專家系統(tǒng)清華大學研制 1992年完成 功能 ESW焊接工藝選擇以工藝設(shè)計為核心 輔以與焊接工程相關(guān)的豐富咨詢及計算功能 具有較強的實用性 知識庫包括 焊接專家經(jīng)驗 壓力容器焊接相關(guān)標準 基于大