CN113190948B - 高回弹钛合金管智能成形方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了高回弹钛合金管智能成形方法和系统，涉及计算机集成制造技术领域，解决了没有工艺仿真模块，没有结合工艺试验对系统进行优化的问题。本发明通过工艺设计信息输入模块输入工艺问题的用户可视化界面，还包括实例库，实例库中记载关联工艺问题的工艺参数对应的工艺设计实例；仿真分析模块的输入为知识工程模块给出的建议工艺参数，输出为目标偏心距；其中知识工程模块用于在工艺数据库和知识库的支持下，通过算法对实例库中未记载的用户输入的工艺问题关联的工艺参数进行规则推理得到决策后的建议工艺参数。本发明实现新的偏心距的钛合金管的工艺参数快速生成、仿真优化，降低工艺研发阶段试验次数，提升工艺研发效率。

Description

高回弹钛合金管智能成形方法和系统
技术领域
本发明涉及计算机集成制造技术领域，具体涉及高回弹钛合金管智能成形方法和系统。
背景技术
钛合金蒸气发生管是某核级设备的关键合件之一，是两端具有多种偏心规格的高回弹、高强度的钛合金细管结构。其制备采用冷弯曲成形工艺，末段偏离原来的轴线位置，并与之平行，偏离轴线的距离称为偏心距，用字母e表示，其结构如图1所示。偏心距e精度要求高、成形之后平行度要求高，对高回弹钛合金管弯曲成形工艺研制提出很高的挑战。
在前期的制造工艺研发过程中，设计了专用精密成型模具，开展了大量的工艺试验才完成了6种规格偏心距成形工艺的固化。近两年，随着新的反应堆堆型研制项目出现，蒸汽发生器的结构出现了变化，随之而来的就是钛合金管新的偏心距要求产生。动辄数十种偏心距，给钛合金管偏心距成形工艺的研制带来了很大困难，需要大量的工艺试验和很长的开发周期才能完成钛合金管偏心距成形工艺研发。为了解决这个问题，需要开展更快速更高效的钛合金管偏心距成形工艺研发方法研究。在现有专用精密成形模具基础上，基于已有钛合金管弯曲成形工艺经验和数据，开展基于知识驱动的高回弹钛合金智能成形工艺设计系统与方法研究，快速生成新的模具结构和弯曲成形工艺参数。
经对现有技术的文献检索发现，国内文献《基于知识工程的折弯机快速设计系统研究》，提出了一种基于知识工程的折弯机总体设计的结构框架，运用模块化和参数化等产品设计开发技术，结合折弯机传统设计流程和方法，以PRO/E三维设计软件为应用平台、利用SQL server数据库来管理产品的零部件信息，利用VB.NET对PRO/E进行二次开发，最终形成了基于知识工程的折弯机快速设计系统。
国内发明专利“三维可视化工艺设计系统及其设计方法”，申请号CN200810041460.3，该专利公开了一种基于设计系统CAD支撑平台的三维可视化工艺设计系统和方法，以三维模型为媒介，进行数据的传输，但是系统没有工艺仿真模块，没有结合工艺试验对系统进行优化。在国内外的文献和专利中，没有查阅到关于钛合金管弯曲成形工艺设计系统的文献。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有技术没有工艺仿真模块，没有结合工艺试验对系统进行优化，本发明提供了解决上述问题的高回弹钛合金管智能成形方法和系统。
本发明是将知识工程方法应用与钛合金蒸气发生管的成型工艺研发，实现多规格、高回弹钛合金管弯制成型参数的快速生成，从而提高工艺设计效率，对类似产品工艺的快速研发具有较大意义。
本发明通过下述技术方案实现：
高回弹钛合金管智能成形系统，在工艺设计管理平台运行所述系统，支持3D建模、仿真、协同设计等功能模块通过直接数据接口或者二次开发的形式在系统平台上进行集成，实现各功能模块基于支撑平台的数据快速传递和交互。
包括通过工艺设计信息输入模块输入工艺问题的用户可视化界面，还包括实例库，实例库中记载关联工艺问题的工艺参数对应的工艺设计实例；
还包括对工艺参数开展钛合金管和成形模具建模的参数化建模模块，还包括对参数化建模模块输出的三维模型进行模型前处理的有限元分析软件，还包括对三维模型进行仿真的仿真分析模块；
仿真分析模块的输入为知识工程模块给出的建议工艺参数，输出为目标偏心距；
其中知识工程模块用于在工艺数据库和知识库的支持下，通过算法对实例库中未记载的用户输入的工艺问题关联的工艺参数进行规则推理得到决策后的建议工艺参数。
还包括工程图模块，工程图模块从参数化建模模块获取工件和工装的三维模型，形成工程图并储存到工艺数据库中。
所述工程图模块，根据用户选定的模具、钛合金管三维模型，快速生成用于加工的工程图。
所述底层支撑包括操作系统、网络通信平台、分布式平台、数据库服务器。
数据库管理模块通过数据库软件对系统平台产生的数据进行管理，实现数据的实时查询、编辑、增加、删除等功能。
所述知识工程模块，在系统数据库和知识库的支持下，通过算法对用户提出的问题进行推理并决策。
所述参数化建模模块，通过内置的参数化三维模型，根据用户输入的关键参数值，输出产品和对应模具的三维模型。
本发明上述系统基于分布式，浏览器/服务器体系结构,其中：服务器上存放数据库、工艺资源管理模块，以及各个模块产生的数据，包含参数化建模模块、工程图模块、仿真分析模块、知识工程模块产生的数据。工作站的浏览器上安装工艺设计管理平台，除工艺资源管理模块以外的其他各个模块集成在工艺设计管理平台上，包括知识工程模块、参数化建模模块、仿真分析模块、工程图模块。各个模块之间的数据，通过网络和安装在服务器段的工艺资源管理模块和数据库进行交换。
还包括关联局域网络的分布式平台，分布式平台用于关联多系统进行协同作业。
还包括数据库服务器，其中数据库服务器通过网关链路连接工艺数据库和知识库，所述数据库服务器用于及时更新工艺数据库中的工艺设计实例，还用于下载服务器端的算法软件更新包至知识库，所述数据库服务器还用于接收工艺数据库和知识库上传的报文进行系统诊断。
高回弹钛合金管智能成形方法，包括如下步骤：
A：获取钛合金管参数及弯曲成行要求，并转化成工艺参数在实例库中进行检索；
B：当检索到相同的实例后进行工艺设计重现，输出实例并生成工程图、工艺规程，当未检索到实例库中已存实例，依据机器学习对钛合金管参数及弯曲成行要求进行工艺参数推理，得到建议工艺参数，对建议工艺参数进行建模、仿真后输出；
C：对输出后的判断结果进行满足用户需求的判别，对未满足需求的再次进行工艺仿真、工艺试验校验；
D：对步骤C校验后的建议工艺参数输出实例并生成工程图、工艺规程；
E：对步骤D载入工艺数据管理。
其中包括依据知识工程方法，导出的实例库，对实例库中的实例建立基于工艺参数的检索规则。
对步骤D和步骤B中的工艺设计重现的结果，保留工程图，记录工艺规程并保存有效实例只实例库。
依据知识工程方法导出数据库，所述数据库为工艺仿真后试验参数的实验数据库。
其中，步骤E中的工艺数据管理记录保存至数据库。
其中，知识工程输出的建议工艺参数导出到仿真得出目标偏心距，并记录工艺参数，所述工艺试验校验的过程为对建议工艺参数进行实验得到的对应的偏心距与仿真得到的目标偏心距进行校正，并采用机器学习的方法，重新校核工艺仿真模型，并修正建议工艺参数后进行重复试验。
通过仿真分析模块实现弯曲成形工艺参数快速定位；最后由系统生成模具图纸、工艺方案、规程等文件，解决了传统基于精密模具进行弯曲成形时工艺参数摸索周期长、成本高的技术难题。
本发明将知识工程方法应用与钛合金蒸气发生管的成型工艺研发，实现多规格、高回弹钛合金管弯制成型参数的快速生成，从而提高工艺设计效率，对类似产品工艺的快速研发具有较大意义。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明实现新的偏心距的钛合金管的工艺参数快速生成、仿真优化，降低工艺研发阶段试验次数，提升工艺研发效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为钛合金管结构示意图。
图2为高回弹钛合金管智能成形工艺流程示意图。
图3为系统工作流程示意图。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
如图1、图2、图3所示，高回弹钛合金管智能成形系统，在工艺设计管理平台运行所述系统，支持3D建模、仿真、协同设计等功能模块通过直接数据接口或者二次开发的形式在系统平台上进行集成，实现各功能模块基于支撑平台的数据快速传递和交互。
包括通过工艺设计信息输入模块输入工艺问题的用户可视化界面，还包括实例库，实例库中记载关联工艺问题的工艺参数对应的工艺设计实例；用户输入的工艺问题，具体为弯曲成形工艺的管材、结构、偏心距要求。
还包括对工艺参数开展钛合金管和成形模具建模的参数化建模模块，还包括对参数化建模模块输出的三维模型进行模型前处理的有限元分析软件，还包括对三维模型进行仿真的仿真分析模块；
仿真分析模块的输入为知识工程模块给出的建议工艺参数，输出为目标偏心距；
其中知识工程模块用于在工艺数据库和知识库的支持下，通过算法对实例库中未记载的用户输入的工艺问题关联的工艺参数进行规则推理得到决策后的建议工艺参数。
还包括工程图模块，工程图模块从参数化建模模块获取工件和工装的三维模型，形成工程图并储存到工艺数据库中。
所述工程图模块，根据用户选定的模具、钛合金管三维模型，快速生成用于加工的工程图。
所述底层支撑包括操作系统、网络通信平台、分布式平台、数据库服务器。
数据库管理模块通过数据库软件对系统平台产生的数据进行管理，实现数据的实时查询、编辑、增加、删除等功能。
所述知识工程模块，在系统数据库和知识库的支持下，通过算法对用户提出的问题进行推理并决策。
所述参数化建模模块，通过内置的参数化三维模型，根据用户输入的关键参数值，输出产品和对应模具的三维模型。
本发明上述系统基于分布式，浏览器/服务器体系结构,其中：服务器上存放数据库、工艺资源管理模块，以及各个模块产生的数据，包含参数化建模模块、工程图模块、仿真分析模块、知识工程模块产生的数据。工作站的浏览器上安装工艺设计管理平台，除工艺资源管理模块以外的其他各个模块集成在工艺设计管理平台上，包括知识工程模块、参数化建模模块、仿真分析模块、工程图模块。各个模块之间的数据，通过网络和安装在服务器段的工艺资源管理模块和数据库进行交换。
还包括关联局域网络的分布式平台，分布式平台用于关联多系统进行协同作业。
还包括数据库服务器，其中数据库服务器通过网关链路连接工艺数据库和知识库，所述数据库服务器用于及时更新工艺数据库中的工艺设计实例，还用于下载服务器端的算法软件更新包至知识库，所述数据库服务器还用于接收工艺数据库和知识库上传的报文进行系统诊断。
高回弹钛合金管智能成形方法，包括如下步骤：
A：获取钛合金管参数及弯曲成行要求，并转化成工艺参数在实例库中进行检索；
B：当检索到相同的实例后进行工艺设计重现，输出实例并生成工程图、工艺规程，当未检索到实例库中已存实例，依据机器学习对钛合金管参数及弯曲成行要求进行工艺参数推理，得到建议工艺参数，对建议工艺参数进行建模、仿真后输出；
C：对输出后的判断结果进行满足用户需求的判别，对未满足需求的再次进行工艺仿真、工艺试验校验；
D：对步骤C校验后的建议工艺参数输出实例并生成工程图、工艺规程；
E：对步骤D载入工艺数据管理。
其中包括依据知识工程方法，导出的实例库，对实例库中的实例建立基于工艺参数的检索规则。
对步骤D和步骤B中的工艺设计重现的结果，保留工程图，记录工艺规程并保存有效实例只实例库。
依据知识工程方法导出数据库，所述数据库为工艺仿真后试验参数的实验数据库。
其中，步骤E中的工艺数据管理记录保存至数据库。
其中，知识工程输出的建议工艺参数导出到仿真得出目标偏心距，并记录工艺参数，所述工艺试验校验的过程为对建议工艺参数进行实验得到的对应的偏心距与仿真得到的目标偏心距进行校正，并采用机器学习的方法，重新校核工艺仿真模型，并修正建议工艺参数后进行重复试验。
通过仿真分析模块实现弯曲成形工艺参数快速定位；最后由系统生成模具图纸、工艺方案、规程等文件，解决了传统基于精密模具进行弯曲成形时工艺参数摸索周期长、成本高的技术难题。
本发明将知识工程方法应用与钛合金蒸气发生管的成型工艺研发，实现多规格、高回弹钛合金管弯制成型参数的快速生成，从而提高工艺设计效率，对类似产品工艺的快速研发具有较大意义。
工艺数据库包含的数据可分为管材数据库、结构特征库、工艺参数库、试验数据库、模型库、工艺文件库和实例库等。
所述系统采用工艺设计管理平台集成知识工程、参数化建模、仿真分析、工程图等多个功能模块的形式实现。知识工程模块以工艺数据库和知识库为支撑、通过算法推理，解决用户提出的工艺设计方面的问题。参数化建模模块根据用户的输入，快速建立工艺仿真所需三维模型。仿真分析模块调用三维模型，通过多次仿真计算，优化知识工程模块给出的工艺参数。优化的工艺参数被用以直接开展工艺试验，通过试验得出最终工艺参数。试验过程中产生的工艺数据被返回到工艺仿真阶段，优化工艺仿真模型。最终，系统根据用户输入的工艺要求，直接输出工艺参数、模具工程图、工艺规程等工艺文件。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.高回弹钛合金管智能成形系统，其特征在于，包括通过工艺设计信息输入模块输入工艺问题的用户可视化界面，还包括实例库，实例库中记载关联工艺问题的工艺参数对应的工艺设计实例；
还包括对工艺参数开展钛合金管和成形模具建模的参数化建模模块，还包括对参数化建模模块输出的三维模型进行模型前处理的有限元分析软件，还包括对三维模型进行仿真的仿真分析模块；
仿真分析模块的输入为知识工程模块给出的建议工艺参数，输出为目标偏心距；
其中知识工程模块用于在工艺数据库和知识库的支持下，通过算法对实例库中未记载的用户输入的工艺问题关联的工艺参数进行规则推理得到决策后的建议工艺参数。
2.根据权利要求1所述的高回弹钛合金管智能成形系统，其特征在于，还包括工程图模块，工程图模块从参数化建模模块获取工件和工装的三维模型，形成工程图并储存到工艺数据库中。
3.根据权利要求1所述的高回弹钛合金管智能成形系统，其特征在于，还包括关联局域网络的分布式平台，分布式平台用于关联多系统进行协同作业。
4.根据权利要求1所述的高回弹钛合金管智能成形系统，其特征在于，还包括数据库服务器，其中数据库服务器通过网关链路连接工艺数据库和知识库，所述数据库服务器用于及时更新工艺数据库中的工艺设计实例，还用于下载服务器端的算法软件更新包至知识库，所述数据库服务器还用于接收工艺数据库和知识库上传的报文进行系统诊断。
5.高回弹钛合金管智能成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
A：获取钛合金管参数及弯曲成行要求，并转化成工艺参数在实例库中进行检索；
B：当检索到相同的实例后进行工艺设计重现，输出实例并生成工程图、工艺规程，当未检索到实例库中已存实例，依据机器学习对钛合金管参数及弯曲成行要求进行工艺参数推理，得到建议工艺参数，对建议工艺参数进行建模、仿真后输出；
C：对输出后的判断结果进行满足用户需求的判别，对未满足需求的再次进行工艺仿真、工艺试验校验；
D：对步骤C校验后的建议工艺参数输出实例并生成工程图、工艺规程；
E：对步骤D载入工艺数据管理；
还包括：依据知识工程方法导出数据库，所述数据库为工艺仿真后试验参数的实验数据库；其中，知识工程输出的建议工艺参数导出到仿真得出目标偏心距，并记录工艺参数，所述工艺试验校验的过程为对建议工艺参数进行实验得到的对应的偏心距与仿真得到的目标偏心距进行校正，并采用机器学习的方法，重新校核工艺仿真模型，并修正建议工艺参数后进行重复试验。
6.根据权利要求5所述的高回弹钛合金管智能成形方法，其特征在于，其中包括依据知识工程方法，导出的实例库，对实例库中的实例建立基于工艺参数的检索规则。
7.根据权利要求6所述的高回弹钛合金管智能成形方法，其特征在于，对步骤D和步骤B中的工艺设计重现的结果，保留工程图，记录工艺规程并保存有效实例只实例库。
8.根据权利要求5所述的高回弹钛合金管智能成形方法，其特征在于，其中步骤E中的工艺数据管理记录保存至数据库。
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