熱鍛成形工藝智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、工藝及模具的設(shè)計(jì)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(duì)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),如何充分利用先進(jìn)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)來(lái)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(jì)的質(zhì)量和水平,降低生產(chǎn)成本,從而提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)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(wèn)題。
　　 本文在詳細(xì)分析熱鍛成形工藝及模具設(shè)計(jì)技術(shù)、CAD/CAE/CAM技術(shù)、有限元數(shù)值模擬技術(shù)、設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其

2、發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上,通過(guò)集成基于知識(shí)的設(shè)計(jì)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(jì)優(yōu)化技術(shù),構(gòu)建了熱鍛成形工藝智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本框架,開發(fā)了熱鍛成形工藝智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,系統(tǒng)不僅能對(duì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行智能引導(dǎo)以完成初始設(shè)計(jì),而且能對(duì)其設(shè)計(jì)方案進(jìn)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(jì)技術(shù)提升到了基于知識(shí)的設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)優(yōu)化的層次,從而實(shí)現(xiàn)了熱鍛成形工藝及模具設(shè)計(jì)方法從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3、向科學(xué)設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變,提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水平。全文對(duì)實(shí)現(xiàn)熱鍛成形工藝及模具智能設(shè)計(jì)的三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究,即熱鍛成彤工藝設(shè)計(jì)與再設(shè)計(jì)策略、熱鍛成形工藝智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)知識(shí)推理與控制策略、基于數(shù)值模擬的設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)。
　　 提出了基于知識(shí)工程和設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的熱鍛成形工藝設(shè)計(jì)與冉設(shè)計(jì)策略。將整個(gè)熱鍛成形工藝及模具設(shè)計(jì)過(guò)程分成知識(shí)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)優(yōu)化兩個(gè)階段。首先基于知識(shí)的設(shè)計(jì)方法將設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與設(shè)計(jì)知識(shí)應(yīng)用于熱鍛成形工藝及模具的設(shè)

4、計(jì)過(guò)程之中,獲得初始設(shè)計(jì)方案,然后,在此基礎(chǔ)上,采用基于數(shù)值模擬的設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)對(duì)熱鍛成形工藝及模具的初始設(shè)計(jì)方案進(jìn)行再設(shè)計(jì),得到優(yōu)化的設(shè)計(jì)結(jié)果。這為提高熱鍛成形工藝及模具設(shè)計(jì)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(jì)的特點(diǎn),提出了基于模型推理和任務(wù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法,按照面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)模式,將熱鍛成形工藝及模具設(shè)計(jì)任務(wù)分成若干設(shè)計(jì)對(duì)象,每個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)象由設(shè)計(jì)知識(shí)與相應(yīng)的幾何模型構(gòu)成。在設(shè)計(jì)對(duì)象內(nèi)部,系統(tǒng)通過(guò)知識(shí)

5、驅(qū)動(dòng)模式和知識(shí)融接技術(shù),進(jìn)行集成知識(shí)推理,完成單獨(dú)的設(shè)計(jì)任務(wù)。在設(shè)計(jì)對(duì)象之間,采用設(shè)計(jì)對(duì)象引用鏈米記錄它們之間的關(guān)系,通過(guò)基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)模式調(diào)用指定的設(shè)計(jì)對(duì)象完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)任務(wù),實(shí)現(xiàn)了知識(shí)輔助設(shè)計(jì)的目的。
　　 提出和實(shí)現(xiàn)了適用于熱鍛成形工藝及模具優(yōu)化設(shè)計(jì)的組合優(yōu)化策略。首先,對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE),采用有限元數(shù)值模擬程序仿真金屬熱鍛成形過(guò)程,獲取設(shè)計(jì)目標(biāo)的數(shù)值,采用方差分析(ANOVA)為手段對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行敏

6、感性分析,篩選重要的設(shè)計(jì)變量,降低了設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題的規(guī)模。然后,采用基于近似模型的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算,獲取最優(yōu)的熱鍛成形工藝設(shè)計(jì)參數(shù)。
　　 實(shí)現(xiàn)了基于近似模型的熱鍛成形工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。首先采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)的方法對(duì)設(shè)計(jì)空間進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣,用響應(yīng)面方法(RSM)建立了設(shè)計(jì)變量與目標(biāo)函數(shù)之間的近似模型。然后在設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中,用有限元程序來(lái)計(jì)算實(shí)際目標(biāo)函數(shù)值并對(duì)近似最優(yōu)解進(jìn)行校驗(yàn),用近似模型來(lái)計(jì)算優(yōu)化搜索方向并引導(dǎo)優(yōu)化算法逐