基于知識(shí)板塊的沖壓工藝在級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要:沖壓工藝設(shè)計(jì)中條帶的布局是級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵任務(wù)。然而，沖壓工藝設(shè)計(jì)更多的是一門(mén)藝術(shù)，而不是一門(mén)科學(xué)的。人工智能在結(jié)合內(nèi)置的智能和應(yīng)用各種知識(shí)來(lái)解決這類問(wèn)題方面已經(jīng)取得了很多成功，這是該領(lǐng)域的最新發(fā)展。目前的主要困難在于現(xiàn)有的基于知識(shí)的沖壓工藝專家系統(tǒng)規(guī)劃缺乏適當(dāng)?shù)慕M織異構(gòu)知識(shí)來(lái)源(KSS)系統(tǒng)。本文提出了一種基于知識(shí)的板塊框架模式?jīng)_壓工藝設(shè)計(jì)。擬議的方法加快了級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)過(guò)程中條帶布局的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。文中實(shí)例展示了該方法的效率性。

關(guān)鍵詞:沖壓工藝;板塊框架;基于知識(shí);面向?qū)ο?級(jí)進(jìn)模

引言

利用級(jí)進(jìn)模大規(guī)模生產(chǎn)鈑金件已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，如航空航天、電子、機(jī)床、汽車、制冷等行業(yè)。模具可以執(zhí)行穿孔，開(kāi)槽，切斷，沖裁，切舌，彎曲，切斷，拉伸，壓花，沖制，修剪和其他形式的成形都需要單獨(dú)設(shè)置一步工序。因此，級(jí)進(jìn)模通常是復(fù)雜的。沖壓工藝設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)困難和艱巨的任務(wù)。

1 沖壓工藝的設(shè)計(jì)

沖壓工藝的設(shè)計(jì)開(kāi)始是展開(kāi)一個(gè)由沖壓金屬零件模型制成的一個(gè)平面圖，其次是用嵌套的模式生成一個(gè)空白的布局。下一步，沖壓行動(dòng)計(jì)劃和行動(dòng)會(huì)被分配到模具中。由此產(chǎn)生的規(guī)劃通常表示為一個(gè)條帶的布局，用于指導(dǎo)隨后模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。級(jí)進(jìn)模的生產(chǎn)率，準(zhǔn)確性，成本和質(zhì)量主要取決于條帶的布局，以就是沖壓工藝。然而，沖壓工藝的規(guī)劃仍然更是一門(mén)藝術(shù)而非一門(mén)科學(xué)。從歷史上看，這項(xiàng)活動(dòng)主要是通過(guò)手工進(jìn)行的，這些取決于設(shè)計(jì)師的嘗試和經(jīng)驗(yàn)，技能和知識(shí)。

在人工智能(AI)領(lǐng)域的最新進(jìn)展已引起建設(shè)人工智能為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)合內(nèi)置的智能和運(yùn)用各種知識(shí)解決級(jí)進(jìn)模條帶的排樣設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)自動(dòng)化問(wèn)題的可能性。涉及沖壓工藝設(shè)計(jì)多樣化的知識(shí)來(lái)源(KSS)，包括開(kāi)展知識(shí)生成一個(gè)平面圖，嵌套知識(shí)產(chǎn)生一個(gè)空白的布局，測(cè)繪知識(shí)轉(zhuǎn)化為沖壓工序，并生成知識(shí)為隨后的沖壓工作做準(zhǔn)備。涉及到我們所研究討論的一些基于知識(shí)的級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)工作將放在后面的第二部分?jǐn)⑹觥５牵壳暗墓ぷ飨到y(tǒng)是基于傳統(tǒng)架構(gòu)知識(shí)為基礎(chǔ)的專家系統(tǒng)，這是無(wú)法有效地管理異構(gòu)知識(shí)規(guī)劃，這就限制了它的實(shí)用性和可擴(kuò)展性。

為了解決上述問(wèn)題，有必要提供一個(gè)合作解決問(wèn)題的策略，可以促進(jìn)異構(gòu)知識(shí)之間的交流，以及滿足不同的知識(shí)綜合框架內(nèi)的代表性需求。因此，包括一個(gè)板塊控制系統(tǒng)和一些現(xiàn)已被開(kāi)發(fā)出來(lái)的能獨(dú)立執(zhí)行組織異構(gòu)知識(shí)系統(tǒng)的一個(gè)基于知識(shí)的板塊框架模式已經(jīng)被擬定。這個(gè)框架提供了一個(gè)合作的決定，決策環(huán)境和促進(jìn)了混合知識(shí)代表性的計(jì)劃，包括程序、生產(chǎn)規(guī)則和面向?qū)ο蟮囊庖?jiàn)。

原型系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)使用面向?qū)ο驝LIPS的專家系統(tǒng)(C語(yǔ)言集成生產(chǎn)系統(tǒng))，它是一個(gè)接口參數(shù)和基于特征的CAD系統(tǒng)，通過(guò)C + +中的Solid Edge完成的。

2 沖壓工藝板塊框架規(guī)劃

基于合作知識(shí)決策的沖壓工藝規(guī)劃涉及到異構(gòu)知識(shí)計(jì)劃，諸如開(kāi)展知識(shí)生成一個(gè)平面圖，嵌套知識(shí)產(chǎn)生一個(gè)空白的布局，測(cè)繪知識(shí)轉(zhuǎn)化為沖壓工序，并生成知識(shí)為隨后的沖壓工作做準(zhǔn)備。這些異構(gòu)知識(shí)計(jì)劃，可能會(huì)表達(dá)不同的代表計(jì)劃，如程序，規(guī)則和對(duì)象，這需要建立一個(gè)板塊框架，組織異構(gòu)知識(shí)，通過(guò)互動(dòng)異構(gòu)知識(shí)板塊逐步解決問(wèn)題。

擬議的板塊框架包括三個(gè)主要組成部分:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)板塊，異構(gòu)知識(shí)體系和一個(gè)控制模塊，開(kāi)發(fā)使用面向?qū)ο蟮膶＜蚁到y(tǒng)。板塊框架的不同組成部分介紹如下。

2.1 面向?qū)ο蟮陌鍓K數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

板塊是一個(gè)全局訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，它包含數(shù)據(jù)和部分解決方案，是由一個(gè)數(shù)字共享的獨(dú)立知識(shí)異構(gòu)體系。異構(gòu)數(shù)據(jù)交互體系貢獻(xiàn)他們自己的部分解決方案到板塊，這導(dǎo)致了最終解決增量。板塊的結(jié)構(gòu)層次劃分方案，分別代表不同方面或階段解決的過(guò)程。部分解決方案都與每個(gè)層次相結(jié)合，并可以鏈接到信息使用的啟發(fā)式算法程序或其他級(jí)別。每個(gè)級(jí)別包含規(guī)劃對(duì)象，用來(lái)表示在一個(gè)面向?qū)ο蟮姆绞浇鉀Q方案的空間方式。它的優(yōu)點(diǎn)就是促使了知識(shí)系統(tǒng)的發(fā)展，因?yàn)槊嫦驅(qū)ο蟮姆椒ㄖС周浖K，這就使它具有了可重用性和可擴(kuò)展性。

規(guī)劃的解決方案是不同的對(duì)象劃分為四個(gè)層次:沖壓件，沖壓特征，沖壓操作和沖壓工藝方案，分別代表不同的初始輸入或部分解決方案由異構(gòu)數(shù)據(jù)交互專家系統(tǒng)所決定。

2.1.1 輸入數(shù)據(jù)到板塊

輸入數(shù)據(jù)到板塊主要包括對(duì)象和部分解決方案，一個(gè)制件的聲明對(duì)象的部分包括基本屬性，如形狀，零件尺寸，重量，表面處理，制件厚度，制件的年產(chǎn)量，制件的尺寸等，以及其組成這些沖壓特征的重要數(shù)據(jù)以便在后面計(jì)算時(shí)使用。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)包含多種特征如按形狀，按噸位，按尺寸，床身的打開(kāi)關(guān)閉的高度詞尺寸等。

2.1.2 面向?qū)ο蟮奶卣鹘?/p>

由于傳統(tǒng)的幾何建模技術(shù)不捕獲設(shè)計(jì)者意圖(例如，可制造性設(shè)計(jì))，它們一般無(wú)法支持復(fù)雜和智能推理功能，例如，基于知識(shí)的工藝設(shè)計(jì)。最近，加工特征的概念已被引入到創(chuàng)建設(shè)計(jì)和制造之間的直接聯(lián)系。在CAD/CAM/CAPP集成系統(tǒng)中特征建模是一個(gè)較新的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)和制造方法信息的載體。同樣，沖壓零件的沖壓金屬?zèng)_壓件的功能可以使從幾何模型直接轉(zhuǎn)化為工藝規(guī)劃任務(wù)。沖壓特點(diǎn)是信息的載體是用模型的設(shè)計(jì)和制造一套沖壓件的信息，包括幾何和非幾何屬性。這些沖壓特征都可以利用特定操作和沖壓組合行動(dòng)制造出來(lái)。

根據(jù)分層分類結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)，一個(gè)沖壓的金屬部分可以模擬四個(gè)類別的沖壓特征:

主要特點(diǎn):展平、拉伸等;次要特點(diǎn):切斷、卷曲、滾花等;負(fù)次要特征:鉆孔、孔擠出、成型、變形、切槽等步驟;最終特征:彎曲、壓延等。

在這項(xiàng)工作中，面向?qū)ο蟮奶卣魇怯稍O(shè)計(jì)意圖和沖壓特征對(duì)象的制造信息來(lái)決定的。例如，一個(gè)孔特征對(duì)象包含諸如特征類型的基本屬性，特征識(shí)別碼，主要特征標(biāo)識(shí)，位置，方向，深度，直徑，精密，粗糙度等同時(shí)還有周長(zhǎng)的計(jì)算方法。

除了個(gè)別沖壓特征的代表性，功能關(guān)系還包括保證所有沖壓特征過(guò)程相關(guān)的功能規(guī)劃的全面代筆性。此外，功能關(guān)系的數(shù)據(jù)還會(huì)將沖壓操作序轉(zhuǎn)化為沖壓行動(dòng)同時(shí)描述兩者之間的關(guān)系。四個(gè)不同類型的沖壓之間關(guān)系的關(guān)鍵特征:“是在”，“是上”，“相鄰”和“精確關(guān)聯(lián)的”被識(shí)別。例如，當(dāng)沖壓特征不能直接連接到的時(shí)候一個(gè)沖壓設(shè)計(jì)約束將會(huì)出現(xiàn)，一個(gè)有公差的沖壓特征將會(huì)被提示運(yùn)用。該功能的關(guān)系數(shù)據(jù)也包括對(duì)復(fù)雜模型的特征進(jìn)行造型。

2.1.3 從沖壓操作特征映射沖壓對(duì)象

在板塊中，沖壓操作對(duì)象比沖壓特征對(duì)象水平低的多，大多用來(lái)定義從金屬材料到制件成形的過(guò)程。沖壓操作作為沖壓特征構(gòu)成的一部分，而沖壓操作又是沖壓工藝的一個(gè)元素計(jì)劃。本質(zhì)上說(shuō)，沖壓工藝規(guī)劃的任務(wù)是把沖壓特征轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)操作功能集，并說(shuō)明兩者之間的關(guān)系。通常一個(gè)操作對(duì)象的聲明包括沖壓操作類型，幾何形狀，幾何約束，粗糙度，關(guān)系與沖壓功能，控制參數(shù)等典型的沖壓。操作對(duì)象包括穿孔，開(kāi)槽，切斷，落料，切舌，沖斷，拉伸，壓花，沖制，切邊，成型及其他一些成形工序。沖壓特性可能用一個(gè)特定的生產(chǎn)沖壓操作(一對(duì)一的映射)或組合沖壓操作(一對(duì)多映射)。幾個(gè)沖壓特征也可以用一個(gè)單一的沖壓操作(多對(duì)一映射)。

2.2 基于議程的控制模塊

該KSS專家以應(yīng)對(duì)隨機(jī)的事件，即由于新的數(shù)據(jù)或KSS行動(dòng)引起的在板塊上的變化。一個(gè)基于議程的控制模塊用于監(jiān)測(cè)事件，并決定下一步要采取的行動(dòng)。該議程將跟蹤所有板塊上的事件，并作為一個(gè)專門(mén)知識(shí)來(lái)源活動(dòng)記錄的信息庫(kù)(KSARs)供執(zhí)行選擇，同時(shí)計(jì)算優(yōu)先執(zhí)行的事項(xiàng)。

控制模塊采用啟發(fā)式的策略控制規(guī)則作為KSS戰(zhàn)略來(lái)設(shè)置上述議程。例如，通過(guò)定義在不同的沖壓工藝規(guī)劃階段的特定時(shí)點(diǎn)激活KSARs動(dòng)態(tài)優(yōu)先事項(xiàng)，并調(diào)用執(zhí)行一個(gè)具有最高優(yōu)先級(jí)的KSAR。

關(guān)于KS戰(zhàn)略規(guī)則，舉例說(shuō)明如下。戰(zhàn)略規(guī)則501:如果沖孔工藝中的兩個(gè)試點(diǎn)洞沒(méi)有被添加到板塊，KS試點(diǎn)優(yōu)先設(shè)置為100;戰(zhàn)略規(guī)則502:如果沖孔工藝中的兩個(gè)試點(diǎn)洞被添加到板塊，KS試點(diǎn)優(yōu)先設(shè)置為0。在解決過(guò)程中，解決方法是一次建立一步。KS的執(zhí)行順序是動(dòng)態(tài)的、隨機(jī)的，而不是固定和確定的，并由專家KS制定的事件確定。問(wèn)題解決活動(dòng)發(fā)生在下列迭代序列，并且通過(guò)增加一個(gè)孔特征到板塊作為生成事件為例子來(lái)說(shuō)明此步驟。

1. 由于新的數(shù)據(jù)或KS行動(dòng)，一個(gè)事件在板塊上被創(chuàng)建(一個(gè)孔的特征通過(guò)CAD系統(tǒng)增加到板塊上);

2. 如果滿足條件，KS通過(guò)一個(gè)事件被激活，并且一個(gè)相應(yīng)的KSAR被創(chuàng)建(專家KSs，包括先前介紹的試點(diǎn)規(guī)則101和沖孔規(guī)則201被激活來(lái)形成KSARs的存儲(chǔ)，因?yàn)橄葲Q條件通過(guò)將一個(gè)孔特征加入到板塊而得到滿足);

3. 利用在工藝中特定時(shí)間操作的啟發(fā)模式(控制規(guī)則501作為KS策略被用來(lái)設(shè)置試點(diǎn)規(guī)則101或80，比沖孔規(guī)則201高);

4. 最高額定的KSAR被執(zhí)行(試點(diǎn)規(guī)則101若滿足評(píng)估條件);

5. KSAR執(zhí)行可能會(huì)導(dǎo)致新的事件，使系統(tǒng)恢復(fù)到初始循環(huán)(“試行候選人”與孔特征屬性被添加到板塊，并導(dǎo)致一個(gè)新的事件將要生成);

6. 板塊控制循環(huán)重復(fù)，直到找到可以接受的解決方案(以上控制周期重復(fù)，直到產(chǎn)生一個(gè)可以接受的沖壓工藝方案)。

參考文獻(xiàn)

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