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汽车用钢板电阻焊焊接专家系统开发
双击自动滚屏 发布者:chinaweld 发布时间:3/24/2008 阅读:9734

 

 

 

 

汽车用钢板电阻焊焊接专家系统开发

 

 

上海工程技术大学材料工程学院 201620

徐培全  徐国祥  甘孝俭

 

上海交运股份有限公司汽车零部件分公司 200032

黄金湘   

 

 

摘要:利用C#语言和ACCESS数据库,开发了汽车用钢板电阻焊焊接专家系统,该系统由数据库系统模块、专家系统功能模块、焊接接头结构设计、金相组织显示功能等主要模块组成。通过获取优化后的电阻焊焊接知识(包括数据、经验和技术指标)与一定的数学模型,对所面临的问题作出结论,具有人工智能功能。汽车用钢板电阻焊焊接专家系统与上海交运集团公司的生产经验结合,采用新型的数学模型解决了目前存在的推理简单问题,能够实现试验数据、经验数据、统一标准的焊接工艺参数及设备、焊接结构及被焊材料等方面的查询、添加、删除等动态操作,大大提升汽车用钢板电阻焊焊接工艺参数设计及管理水平。

关键词:汽车用钢板  电阻焊  专家系统  数据库

中图分类号:TG409

 

O   

在汽车零部件生产过程中,电阻焊是最主要的工艺之一,由于零部件、材料的种类、工艺参数的多样性、不同板厚的匹配、电流的选择和车间电网的合理匹配等,使得焊接数据管理与焊接工艺参数的设计较为复杂12

目前开发的专家系统已经应用于压力容器设计、裂纹诊断、点焊接头疲劳设计3-5,并用于焊接知识推理的模型包括模糊推理和神经网络技术67等。除了常用的焊接方法专家系统外,对搅拌摩擦焊和超声波焊接等也进行了系列研究89,具有重要的工程意义。

在汽车工业中,CAPPPDM等信息手段已经广泛应用,但对于汽车用钢板电阻焊焊接工艺设计的焊接专家系统还不完善,成了汽车行业自主设计流程中的一个瓶颈,文中利用C#语言和ACCESS数据库,开发了汽车用钢板电阻焊焊接专家系统,与CAPPPDM接口,从而实现汽车用钢板电阻焊焊接工艺设计过程的信息化管理。

1  系统框架

利用C#语言开发的专家系统由数据库系统模块、专家系统功能模块(知识表示、知识获取、推理机、解释机制)、焊接接头结构设计、金相组织(宏观组织或显微组织)显示功能等主要模块组成。系统主体结构框架如图1所示。

专家系统能够实现几十种镀锌板电阻点焊工艺的优化设计,能够从数据库中添加、删除和查询电阻点焊的试验数据,系统界面如图2所示。

2  数据库设计

在焊接专家系统设计中,数据库的搭建是否合理是焊接专家系统能否发挥强大功能的基础。针对汽车采用高强钢板电阻焊工艺特点及交运集团的工作电网情况,构造优化的数据库模式,建立数据库及其应用系统,有效地存储数据,满足了实际需求。

数据库结构设计可以减少数据库的占有量,当数据库的完整性和一致性比较高时,系统具有较快的响应速度,从而简化了基于此数据库的应用程序的实现方法。焊接专家系统总的ER图如图3所示。

开发的数据库基本数据来源于3个方面:

1)来源于某汽车零部件分公司的生产经验,已经在实际生产中应用的经验数据。

2)来源于上海工程技术大学焊接实验室,对公司的经验数据进行补充的试验数据。

3)来源于某汽车集团企业标准的统一标准数据。这些数据对于汽车用高强钢板电阻焊工艺的制定提供了标准指导。建立的基本库包括被焊材料库、焊接方法库、焊接工艺参数库、焊接设备库与被焊钢板厚度(GMT)范围等几个部分,焊接方法的界面图如图4所示。

数据库具备通用基本功能,如数据库的动态更新、删除、查找和添加等,能够实现数据添加、数据删除、数据查找等多种功能,在此基础上,系统还增加了图片库,用以实现接头结构设计、显微组织和焊接缺陷分析等,电阻点焊接头结构设计如图5所示。

3  专家模型建立

随着汽车用电阻焊理论的发展以及具体焊接工况下焊接工艺的不断成熟,在总结专家经验和零部件生产实际工艺等基础上所建立的8种专家模型,可以进一步得到扩展。

3.1  专家经验

1)当镀层的厚度增加时,焊接电流、焊接时间和电极压力相应增加,不同的镀层种类对焊接条件的影响不大。

2)对于单排或者双排电阻点焊,当板厚不同时,以最薄板的接头最小搭接量为准。

3)当板厚不同时,焊点的最小间距以最薄板厚度的规定点距最小值为准,采用强条件和大的电极压力时,点距可以适当减小。

4)对于低合金高强钢,可以通过已有的专家经验公式进行建模,步骤如下,①根据双层焊或者三层焊接过程中给定的板厚δ,根据经验知识确定临界板厚δcr,数据根据经验给定,通过循环计算后修正;②根据被焊材料的化学成分,确定被焊材料的碳当量;③利用碳当量和冷却参数t5/8计算热影响区的最高硬度;④根据上述的参数,并通过热影响区的最高硬度约束对焊接参数进行指导。

5)由于车间的电网限定,在选择电阻点焊焊接参数时优先选用软规范进行焊接。

6)对于多脉冲焊接,增加第一脉冲的电流值,同时增加第二脉冲以上的电流值。

7)电阻点焊的焊接参数设置的优先级算法,即以有两种不同的材料在一起的时候,以其中一种材料为主进行计算分析。对于两层板焊接:取较薄的板为主;对于三层板焊接:取次薄层的板为主,再根据材料优先级取其中的两层进行计算。

8)电阻点焊焊接参数选择不当会产生各种不同的焊接缺陷,根据经验数据确定过烧等缺陷的产生规范限定。

3.2  焊接专家知识的分类

依据提出的专家知识和专家经验,焊接专家知识可分为四类:

1)描述性知识,该焊接专家知识介于确定性知识和不确定性知识之间,直接用程序实现比较困难,需要转变成规律或进行量化处理,如专家经验中的6

2)规律性知识,该焊接专家知识具有明显的规律性,是比较确定的、易于接受和可用程序化的语言来描述,能够比较容易被计算机实现,如专家经验中的578等。

3)数学模型推导类知识,该焊接专家知识把相关的公式和推理有序的组织在一起形成结构化比较强的模块。这类知识称为过程化知识,如专家经验中的4,但对于汽车用钢板电阻焊焊接工艺系统而言,由于焊接接头的影响因素很多,其实际应用还有待于大量试验的考量。

4)事实性知识,该焊接专家知识具有明确的前提和结论的知识,如专家经验中的123等。

4    

利用C#语言和ACCESS数据库系统,建立了一套用于汽车高强钢板电阻点焊的焊接专家系统,能够实现数据库动态更新,并建立了相关的专家知识和抽象出来的专家经验,能够用于汽车高强钢板电阻点焊工艺的设计和人员培训等。

 

参考文献

1〕中国机械工程学会焊接学会。焊接手册(第一卷)焊接方法及设备〔M〕。北京:机械工业出版社,1992227233

2〕张文钺。焊接冶金学〔M〕。北京:机械工业出版社,1995

3〕魏艳红。锅炉及压力容器焊接工程数据库及专家系统的研究〔D〕。哈尔滨工业大学博士学位论文,哈尔滨:哈尔滨工业大学,1993

4〕李午申。焊接裂纹预测及诊断ES[C]。第七届全国焊接学术会议论文集。青岛,1993146150

5Sohn I, Bae D, Jung W. Expert system for fatigue design of spot-welded joint[J]. JSME International Journal, Series A: Solid Mechanics and Material Engineering, 2002, 45(4)481486

6Liao T W. Classification of welding flaw types with fuzzy expert systems[J]. Expert Systems with Applications, 200325(1)101111

7Wang, HueiSen. Development of an expert system for successful welding duplex stainless steels. Proceedings of the International Offshore and Polar Engineering Comference[C]2005230237

8Kurozawa Toshiro, Ogawa Koichi, Takehara Akinobu. Development of expert system for assisting process planning of friction welding ( 1st report, knowledge base and reasoning method of friction welding conditions )[J].  Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers , Part C, 199561585):21532158

8Qi Zhiyang. Establishment of an expert system in ultrasonic welding[J]. Journal of Fire Sciences, 1995134):3540

 
 
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