文献翻译-冲压工艺设计知识库系统的研究

机电工程学院毕业设计外文资料翻译设计题目防护板级进模设计译文题目冲压工艺设计知识库系统的研究学生姓名学号专业班级材控F1101指导教师正文外文资料译文附件外文资料原文指导教师评语签名年月日冲压工艺设计知识库系统的研究2004720收到，200511验收，于20051012网上发表施普林格出版社伦敦有限公司2005摘要本文简要介绍了一个以知识为基础的系统智能冲压工艺设计。知识模型介绍了对系统的框架研究、推理模式等一些关键技术冲压工艺的可行性，毛坯型材排样的优化算法，智能板布局和力的计算。冲压工艺设计可通过系统的改进来提高效率。关键词毛坯型材排样KBS知识模型冲压条带布局1引言冲压工艺设计是一个冲压产品开发的核心项目。这在金属成型应用中是一个重要部分。它的质量、成本直接影响冲压产品的生产效率和工具的寿命。现代制造业迅速加强对冲压造成更高的要求,尤其是在冲压工艺设计。多年来，相关的研究已经对如何提高集成工艺设计的智能程度建立在一个创新的环境中，进行了更多的相关研究。近年来，通过生产金属成形的智能设计系统，人工智能技术和工艺设计原则已经集成。智能工艺设计方法可以提高设计效率、质量和创新设计能力。AZUSHIAMA等人开发了一个基于PC的专家系统冷锻顺序设计。该系统采用的是塑性理论和实际考虑的基本原则。美国俄亥俄州立大学的ALTAN和他的同事通过对多级冷锻件的设计把一个称为FORMEX的基础系统写进了PROLOG语言。它基于一种各种形状的冷锻零件的广泛应用。ALBERTI等人开发了一个基于知识的冷成形序列设计系统，来确定一个可行的锻造序列然后优化此序列采用有限元的设计规则。新加坡国立大学的CHEOK和他的同事阐述了基于理论的模具设计自动化系统。他们提出了一些特殊的工件表示技术，冲头形状识别和模具组成这项工作。华中科技大学的研究人员还开发了基于理论知识的关于小型金属冲压件级进模的CAD/CAM软件包，增添了用户可以在三维线框中设计产品的功能。经过人工开发的毛坯排样，用户可以使用交互式命令发展带布局设计。从产业研究部研究表明，利物普大学也对冲孔落料模进行系统设计工作。他们的研究集中在形状编码和识别桥梁废料分解更小的形状的技术。上海研究所的研究人员还开发了在工具和模具技术的CADCAM系统级进模软件。他们开发了依靠特殊关系数据结构的模型来描述工件与模具系统结构。上述研究工作研究的目的是促进金属成形的发展。从回顾金属成形的情报分析，冲压工艺设计过程是利用理论研究和智能方法进行设计。本文介绍了基于知识的系统（KBS）冲压工艺设计。KBS是一个处理复杂设计问题功能非常强大的工具。KBS中包括专家知识经验，能够协助用户用互动的方式来解决各种各样的问题或查询。KBS是一个计算机系统，它试图代表人类的知识或专业知识，在实际的和有用的方式中提供快速和方便的知识。KBS目前需要人类专家已完成认知任务的能力。它可以自动化的利用专家进行实时使用和解释其推理过程。冲压工艺设计是一个复杂的设计过程其包含着丰富的知识。它是冲压模具工艺设计的重要关键技术。KBS智能设计理论系统是一种对智能冲压工艺设计理论的提出。它对一些如集成产品知识模型和冲压工艺设计的集成策略的关键技术进行了研究。它有各种各样的冲压模具设计知识，如专业特点，设计方向和非标准方面的知识，每一种知识需要被集成到系统中。在冲压模具领域的核心是工艺设计。KBS对许多因素加以研究，如几何形状，技术要求，材料性能，冲压可行性，工序的安排，及模具结构。冲压工艺设计是一个基于专家知识的创造性过程。冲压工艺设计可以通过KBS进行技术改进来提高工作效率。2系统的体系结构和框架KBS系统的关键技术和信息化模型应建立在生产应用中。产品信息模型分为三个阶段基于几何模型，基于特征的模型和基于知识的模型。基于几何模型描述零件的集合拓扑信息。由于该部分数据不能完全表达和数据抽象的级别太低，基于几何模型的特征由模型代替。信息模型包括一组几何实体。它取决于模型的语义工程，相关的设计可以实现很多功能。基于知识的模型是随着人工智能的发展。专业设计特点，设计过程的经验和周围的方法经验都包含在知识模型中。知识模型支持表达和传递有用的信息。冲压模具工艺设计概述是一个以理论知识为基础的系统。该模型描述了产品信息的有效性和完成度。基于知识的模型综合了不同模型的优点，能满足产品的几何设计和推理过程的要求。面向对象技术的应用来整合各种知识。集成知识模型的共享用于智能设计和产品信息通信。图1显示了冲压工艺设计的KBS系统架构。冲压模具工艺设计已开发KBS建模。对建筑设计的组成部分包括一个图形用户界面，应用系统，设计资源，知识的工具，混合推理机制，以及建模基础。在建筑树中有不同层次的知识模型。知识模型获得有用的信息资源和支持程序设计知识获取和知识表示。模型传递有用的信息到知识库。知识库是由CAD软件支持。设计结果保存为三维模型、图纸、知识库和数据库。知识模型的不同部分之间的知识转移是很重要的。图1冲压工艺设计系统体系结构3实施方法及应用31冲压可行性判断的知识模型KBS估计冲压加工的工作质量，成本和模具寿命的影响。预估评测学是基于KBS模型的开发。该模型集成了规则库，部分信息和结果。它是根据知识规则推理的系数的推导规则库。冲压的可行性可以从部分信息进行验证，并且它的相关系数在信息库中存储。由在设计过程中产生的新的结果扩大，它的输出结果保存在起始端口中。零件的尺寸与一个有限的范围内的工艺参数是基于知识的推理过程的模型之间进行参考比较。尺寸包括外、内半径，冲孔半径，孔网，槽，槽网。已经确认结果的形状尺寸才适合模具加工。基于知识的推理是用于自动和交互方式。目的是为了冲压生产的可行性研究。基于知识的推理过程的关键是根据零件的厚度和相关系数确定加工有限值。图2显示了一个用于模具生产的可行性判别模型流程图。图2生产的可行性判断模型运算方式和设计结果保存在数据库的推理机制中。它的部分形状可以在模型中进行修正。数据模型在优化替换冲压工艺方案中是非常重要的一环。它还提供一种选择一个单一的工作流程工具或复合工具或一个渐进的工具的方法。不同领域的知识，经验和专家指导存入冲压工艺系统知识库中。知识库的开发是基于共同的原则表达规则。该程序的目的是将部分专家经验和模型的一个整合。32优化算法模型基础上的智能排样为实现更高的材料利用率专门建立了一个知识模型中的空白布局。这是在其他模块的基础上保存在知识库中的结果。有四种类型的模型库中的毛坯排样1排敷设方式相反1排敷设方式2排敷设方式相反2排敷设方式建立知识模型的目的是提高材料利用率。约束条件是由人类专家的选择的知识库提供。知识模型管理毛坯排样设计的全过程。图3显示了布局规划层次的程序。图（3）第一个模块的功能是选择粗糙的轮廓和计算工作区。这个模块提供原始参数，而这个参数是否通过，以及毛坯所有的信息都是在这里获得。第二模块是用来定义布局和类型的角度范围和腹板的尺寸和宽度。第三模块是优化算法。产生的参数包括步距，宽度，各种网站和移动能力。布局方案的图纸将在参数发生变化时更新。知识库的主要功能是布局规划的优化算法。算法有六个步骤。图4AB空白的布局算法。A图为初始图。B为处理后的图1在图的外围轮廓最合适的矩形首先生成。在联合网站夹杂之间的距离后生成复制图。该算法如图4所示。2计算两个回路之间的中间网络价值。两回路分解成直线和圆弧元素。对每个元素之间的距离需要检索，那么短的一个就可以找到。3计算最短值和要求值之间的差异是错误的。布局规划的同时实现误差应小于允许值。否则，布局图需要沿水平方向移动。4材料利用率的计算在规划项目的角度。5布局图转动一定的角度，旋转的中心是围绕粗糙图矩形的中心点。材料利用率是当前角计算。6布局图旋转另一个角度，从第三步重复的程序，角度加至180。图5显示的排样设计结果图5空白布局智能设计结果33开发自动板布局模型排样的程序规则的集成知识库是工艺设计的进步。知识模型的功能，选择部分的位置，设计的方向和安排带步距。处理工作程序，规则必须合理的组织和有效的。自动设计模块在知识模型中最重要的模块。人工智能技术应用于该模块。在这个知识模型的预处理模块，包括定位产品模块和提取从部分模块的精度信息。原设计方案改为生成一个形状在修改模块。处理改进的模块子模块。图6显示了带布局模块结构。图（6）331预处理自动排样设计1）确定零件的位置和布置用户可以使用接口来决定某些参数预处理模块。确定位置的过程，可以与其他元素的加入，如零件的形状，尺寸精度，和用户的需求。方向部分也是在知识模型中定义。结果保存在知识库。2）获得生产信息精度精度信息应该在初始布局中得到基础信息。有用的信息包括穿孔和相对位置信息的精度信息。知识模型是由这种类型的信息决定部分顺序。这一设计过程的主要要求是开发一个位置的精确知识模型。首先，零件的形状分为封闭的轮廓，轮廓线的数目是N。KK1,K2,KI,KN1其中KI表示第I部分轮廓图，所有的轮廓之间的相对关系涉及在关系P。如果有轮廓的KI和KJ之间的精度要求，存在（KI，KJ）P，P,KI,KJ,KI,KJK,1I,JNI不等于J2从P位置精度的相关矩阵3各种精密的信息保存在知识模型的相关矩阵中。332带状布局的自动设计特定布局的自动设计模块是带状布局设计知识模型中最重要的一个。知识模型中包含许多重要的规则，例如，一次穿过所有的内轮廓。这一部分是将在下一阶段。如果冲点之间的距离太小，有时一些内轮廓需要进入到下一步变换一种方式。如果冲点太近，切割点应改变位置。如果仍然有不合适的尺寸可以继续转移到下一个位置。整个过程被重复直到矩阵点之间的每个尺寸是可以接受的。在布局的自动设计的核心地带正在开发一个干扰点的知识模型。空白部分分为多点形式。表格名称K1，K2，。，KN。其中DIJ是KI和KJ之间的最小距离。基体的壁厚的阈值是S。当DIJS，KI和KJ不能在同一步产生，这样的情况是知识模型的碰撞点。开发一个干扰点的知识模型的目的是确定是否存在一些冲突。矩阵是一个对称矩阵。为了使设计过程更加方便，在矩阵上半部的元素可以是零。4在这里，IJ是关联系数，它表明每对点之间的不同关系。如果有两点重合，其中一个应该被移到下一步。重复上述过程，在每一步直到重合消失。最后，矩阵M是零矩阵。333处理带状布局设计结果带状布局子处理知识模型分为两个部分修改结果和创建布局图。从该条的布局自动设计模块的结果是传统的。他们不可能满足所有用户的要求。基于知识模型的数据结构，可以通过移动点和交换步骤的目的达到虚步添加和删除。我们可以处理修改后的条料排样设计结果的步骤的数据结构。步骤交换可以通过交换两码的位置来完成，步骤添加或删除可以通过操作插入或删除代码。当我们想移动一些点，我们可以将相应的点在链表从第一步到最后一步。图7显示了条带布局自动设计的结果。图7条带布局自动设计的结果34确认中心点和力的大小的模型中心点的设计模型的目的是建立的结合力的作用点。模具中心与压力机中心重合是很重要的，确保设备的模具一起正常工作。中心点是从知识模型计算每个轮廓的位置得出的。设计的第一步是获得该工具的工作面。这部分图在CAD平台的轮廓提供了图形的外接矩形。根据中心点和外面的矩形之间的关系，可以得出工作区域。因为一点不平衡力产生的可能性还可以提供中心点的动态。迁移过程是由软件获得。图8显示了复合模冲压工作区设计结果。图8复合模冲压工作区知识库中包括不同风格的模工具，部分去除，去除废钢，等。在不同条件下的力的计算的方法。力公式的推理基于理论的确定。首先，根据知识库中的部分轮廓和基本理论得到过程力和切削力。然后，根据设计结果和部分条件，得到剥离力，反力，和喷射力。总力的计算步骤根据知识库中的指南。4结论和未来的工作在金属成型应用中，计算机辅助设计大大节省了时间和金钱。由于复杂零件的冲压工艺规划的复杂性，开发一个系统的生成过程自动序列是非常困难的。研究开发一个集成的CAD系统进行自动化过程规划使工作精度是在不规则零件进行高速度运作。该系统具有以下特点1在设计过程中改变形状的数据保存方式不同，包括数值表格和图纸。用户可以使用它们作为参考，在设计过程中灵活应用。2生产可行性检查模块检查产品的冲压可行性和可用于复杂零件的冲压工艺规划的几点建议。3排样模块产生最好的排样图为了最大限度地提高材料的利用率。产品的成本降低取决于毛坯排样优化算法。不仅是最好的计划，而且每一个合理的计划存放在知识库中。用户可以选择任何一个作为最后的设计方案。4条带布局模块生成一个自动化的流程规划图。在设计过程中的任何阶段根据要求条带布局的结果可以进行修改。该系统可以帮助设计师在开发过程中的规划将是一个有用的工具。它应该足够灵活，允许设计师发挥创意，同时使用计算机进行几何计算得到的设计结果。它提供了一个非常灵活的设计环境，用户在更复杂零件的冲压工艺规划程序可以完全操作。该系统具有图形用户界面设计师在哪儿可以交互地调整各种设计参数的设计过程。进一步的工作将集中在优化排样效率的提高。这样用于优化的时间就会减少。更多的设计方案类型将被添加到知识模型的空白布局规划。根据冲压工艺设计的结果，冲压模具的设计也将在今后的工作中展开。参考文献1AZUSHIMAA,KIMM1990APCBASEDEXPERTSYSTEMFORFORMINGSEQUENCEDESIGNANNCIRP3912452482SEVENLERK,KIMH,ALTANT1990COMPUTERAPPLICATIONSINCOLDFORGINGDETERMINATIONOFTHEPROCESSSEQUENCEANDDIEDESIGNINPROCEEDINGSOFTHE8THINTERNATIONALCOLDFORGINGCONGRESS,PP2092263ALBERTIN,CANNIZZAROL,MICARIF1991SIMULATIONSINMETALFORMINGPROCESSDESIGNANINTEGRATEDAPPROACHANNCIRP4012952984CHEOKBT,FOONGKY1994SOMEASPECTSOFAKNOWLEDGEBASEDAPPROACHFORAUTOMATINGPROGRESSIVEDIEDESIGNCOMPUTIND24181965XIAOX,LIZ,LIJ,LIZ,MAJ,XIAOJ1993ANINTELLIGENTAPPROACHTOTHESTRIPLAYOUTOFPROGRESSIVEDIEDESIGNPROCFOURTHINTERNATIONALCONFERENCEONTHETECHNOLOGYOFPLASTICITYPP181718216ISMAILHS,CHENST,HONKKB1996FEATUREBASEDDESIGNOFPROGRESSIVEPRESSTOOLSINTJMACHTOOLSMANUF3633673787YUANBW,WANGL,ZHANGWD1990GRAPHPROCESSINGANDSTRIPLAYOUTINACADSYSTEMONMICROCOMPUTERFORTHEMULTISTAGEPROGRESSIVEDIEWITHBENDINGANDFORMINGPROCINTERNATIONALCONFERENCEONDIEANDMOULDTECHNOLOGY,SHANGHAI,CHINA,PP4344418CHAPMANCB,PINFOLDM1999DESIGNENGINEERINGANEEDTORETHINKTHESOLUTIONUSINGKNOWLEDGEBASEDENGINEERINGKNOWLBASEDSYST122572679JINZ,LUOS,FANXD2001KBSAIDEDDESIGNOFTUBEBENDINGPROCESSENGAPPLARTIFINTELL1459960610HENDRIKSPH1999THEORGANIZATIONALIMPACTOFKNOWLEDGEBASEDSYSTEMSAKNOWLEDGEPERSPECTIVEKNOWLBASEDSYST121591611XIONGHUIZ,YINGHONGP2000MODERNTHEORYANDTECHNOLOGYOFDIEDESIGNANDMANUFACTURESHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYPRESS,SHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY12YONGX,HESHENL,ZHIQINGM1997MATHEMATICSMODELANDALGORITHMOFSTRIPLAYOUTOFPROGRESSIVEDIEBYAUTOMATICDESIGNMETALFORMINGTECHNOL153444713YONGX,LUW,XUEYUR1996THECOMPUTEROPTIMUMDESIGNMETHODWITHINTELLIGENTOFSTRIPLAYOUTFORMULTISTEPSTAMPINGPROGRESSIVEDIESANDITSAPPLICATIONJSHANGHAIJIAOTONGUNIV3013814414ZHAXF,LIMSYE,FOKSC1