基于知识库和推理引擎的汽车结构件冷冲压工艺设计

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车身结构件是担任承载和抵抗外物入侵的重要零部件,对汽车的正常行驶和驾驶员的安全有着非常重要的意义。因此,对作为车身结构件首选成形工艺的冲压工艺进行研究具有重要的科学意义和应用前景。目前,设计人员在进行工艺设计时很大程度是依靠自身的主观经验,这种主观的知识学习会因为个人的性格和习惯不同而导致学习结果参差不齐,而且漫长的过程也使得学习效率很难提高。在车身结构件的冲压工艺设计过程中,这些不标准和低效率的问题大大降低了行业人员的工作效率。虽然已有学者做了关于冲压工艺辅助设计系统的研究,但是这些研究仅仅停留在工序安排阶段,对于冲压过程中的工艺参数该如何选取却少有研究,而且这些系统依然要人为事先输入规则。针对上述冲压工艺设计效率低、靠经验的问题,本课题以车身超高强钢结构件为对象,分析了车身典型结构件的冷冲压特征,并以B柱加强板为例,揭示了超高强钢车身结构件冷冲压工艺设计中结构、工艺、材料对零件成形质量的影响规律,建立了关于特征结构、工艺和材料的知识库模型和推理引擎,开发了车身结构件冲压工艺智能设计系统。论文的主要内容包括以下方面:(1)针对不同类型的车身结构件,分析其成形过程中会出现的主要缺陷,并根据缺陷类型利用基于特征的建模方法对零件的几何结构进行参数化建模,同时对冲压工艺参数和材料进行参数化表达。(2)以T形特征为例,通过Plackett-Burman因子分析法研究了几何结构各参数对零件减薄率的影响,提取出对零件减薄率具有显著性影响的结构变量,同时也研究了工艺参数和材料类型对零件减薄率的影响。(3)提出了耦合结构-工艺-材料的冲压工艺一体化设计方法,建立了基于粒子群算法(PSO)算法和支持向量机回归(SVR)的知识库模型和推理引擎。根据T形特征输入和输出之间的关系,分别建立斜边SVR模型和直边SVR模型,并利用PSO算法对SVR模型的超参数进行优化。另外,利用PSO算法在知识库模型的基础上,根据T形特征的结构参数、材料类型和期望减薄率对冲压工艺参数进行反向求解。最后通过数值模拟验证得知,预测减薄率与模拟减薄率的误差仅为6%,证明了该方法的可靠性。(4)开发了车身结构件冲压工艺设计系统,以应用程序的形式供用户使用,具备友好的人机交互界面,包括数据处理、知识获取和工艺设计三个模块,最后通过B柱和A柱上案例的实际应用表明,该系统具有强的实用性。
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