專利名稱：用于彎曲鋼板的成形方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于彎曲鋼板的成形方法和裝置。
一般地，兩種方法廣泛用在成形船殼體構件中熱成形和冷成形。因為機械冷成形由于使用壓機或壓輥能容易控制，所以它是形成稍微彎曲鋼板或在其整個面積具有恒定曲率的簡單鋼板主要使用的一種方法、和成形雙彎曲鋼板的先用方法。使用在加熱時引起的殘余熱彈性變形的熱成形法，主要用作成形雙彎曲鋼板的第二方法或除去船體中殘余焊接變形的方法。
熱成形法一直叫做線加熱過程，因為鋼板在恒定方向上加熱。該線加熱過程需要大量成形信息，如加熱位置、加熱速度、冷卻位置、冷卻速度等。在以上過程中，熟練工人決定該成形信息。更糟的是，一些技術系統(tǒng)和一些數(shù)據(jù)庫還沒有相對于該過程建立。
為了模擬線加熱過程和系統(tǒng)地提供成形信息，已經(jīng)研究和公開了一些3維熱彈塑性分析。但由于其長計算時間，這種分析方法作為生產(chǎn)船時的實際使用是不恰當?shù)摹?br> 進行了一些研究以改進該缺點。他們粗略地劃分成兩類。一類是從熱輸入與對應的殘余變形之間的關系導出簡單的公式，這由許多實驗數(shù)據(jù)得到。這與熱彈塑性分析相比具有不花費太多時間的優(yōu)點。另一類是使用熱彈塑性分析中的簡單模型。最近在簡化的分析中，為了改進初始梁模型，開發(fā)了一些模型有一種2維窄條模型、一種用于彈簧約束下的圓形鋼板的2維彈塑性理論、及一種改進的窄條模型。該方法在假定準確結構行為方面有一些困難，并且這在實際模擬線加熱過程時也花費很多時間。
況且，簡化的公式和簡化的分析在提供準確成形信息方面具有致命缺陷，因為收縮，換句話說，平面內(nèi)應變在他們中沒有考慮。但任意彎曲鋼板既具有平面內(nèi)應變又具有彎曲應變。在成形過程中不可避免地產(chǎn)生平面內(nèi)應變和彎曲應變。如果在產(chǎn)生成形信息時僅考慮彎曲應變，則不能消除基本誤差。
以前，成形信息一直也僅在平鋼板與其目標彎曲鋼板之間的關系中得到。目標彎曲鋼板通過一些階段成形。這些以上方法沒有考慮這些階段，再次成形部分成形為目標彎曲鋼板的鋼板，所以這些不能實現(xiàn)實際的線加熱過程。
盡管成形信息根據(jù)不準確的理論得到，或者通過熟練工人的感覺產(chǎn)生，但關于這樣的成形信息還沒有建立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。必須盡可能密切地檢查關于該制造過程的信息模型。但該信息模型至今還沒調(diào)查。因此已知的數(shù)據(jù)很少，并且還沒有使用。
因此，在用于彎曲鋼板成形的以上技術中，成形信息取決于工人的經(jīng)驗，信息由于其不準確的基礎經(jīng)受誤差，并且其流程還沒有檢查，而其操縱不是系統(tǒng)的。就是說，他們處于這樣一種狀態(tài)不存在從存在的成形信息得到計算和結構數(shù)據(jù)的技術。
在本發(fā)明中，打算通過建立一種改良其中使用不準確成形信息僅考慮彎曲應變的以上過程的新成形過程和開發(fā)一些與該過程相對應的技術，提高造船的生產(chǎn)率，并且使彎曲鋼板的成形過程，特別是，線加熱過程自動化。這樣的技術分為兩種一種是產(chǎn)生準確成形信息的分量技術，而另一種是有效利用該信息的系統(tǒng)技術。
形成本發(fā)明，以向工人提供準確的成形信息和形成更接近其目標的彎曲鋼板，特別是在熱成形過程中，例如在其中通過用火炬局部加熱鋼板一側的線加熱中。況且，本發(fā)明使成形過程自動化。通過系統(tǒng)建造關于以前是工人的經(jīng)驗的各種數(shù)據(jù)和成形信息的數(shù)據(jù)庫、通過從該數(shù)據(jù)庫經(jīng)人造神經(jīng)網(wǎng)絡法推出新信息、和通過從初始平鋼板或任何初始彎曲鋼板與其目標鋼板之間的關系計算平面內(nèi)和彎曲應變，實現(xiàn)這些目的。
本發(fā)明采用三種主分量技術以得到準確的成形信息。一種是計算平面內(nèi)和彎曲應變。另一種是通過開發(fā)一種數(shù)值模型模擬彎曲鋼板的成形過程。而第三種是計算和推出成形信息。
為了在實際制造時有效地利用經(jīng)這三種技術產(chǎn)生的成形信息，本發(fā)明包括如下技術·系統(tǒng)地用計算機計算船殼體構件的成形過程，·根據(jù)積分各種數(shù)據(jù)的目的取向概念建立其產(chǎn)品模型，·根據(jù)該產(chǎn)品模型建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，及·提供部分成形為其目標彎曲鋼板的新信息以成形鋼板。
該新信息有助于鋼板收斂到其目標。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供有一種船殼體構件成形方法，該方法包括步驟(a)通過使用有關的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和通過根據(jù)關于成形數(shù)據(jù)和過程的信息模型化建立產(chǎn)品模型建造一個產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫；(b)測量鋼板的形狀和處理數(shù)據(jù)；(c)根據(jù)熱彈塑性理論進行數(shù)值分析，該數(shù)值分析使關于以上測量鋼板的成形信息和關于加熱位置的信息作為離線訓練或編程；(d)從具有通過數(shù)值模擬得到和在以前工作中測量的多個數(shù)據(jù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫借助于多層人造神經(jīng)網(wǎng)絡推導出應用于新鋼板的成形信息；及(e)通過從平鋼板與目標彎曲鋼板之間的關系和從目標與在成形中途中部分成形的鋼板之間的關系計算平面內(nèi)和彎曲應變，產(chǎn)生關于加熱路線和加熱條件的信息；其中所述方法在過程期間能測量在成形中途中部分成形的任何形狀鋼板與其目標鋼板之間的差值，并且借助于該差值數(shù)值計算平面內(nèi)和彎曲應變以提供成形信息；其中所述成形步驟通過在每個處理步驟重復進行該測量和計算而完成。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供有一種船殼體構件成形方法，該方法具有這樣的能力經(jīng)監(jiān)視器和工作圖向工人提供成形信息，把它發(fā)送到用于線加熱過程的自動裝置，及把來自該裝置的中間成形信息存儲到產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，信息產(chǎn)生步驟(e)具有這樣的能力為橫向成形提供加熱路線，通過計算最大主彎曲應變與最小主彎曲應變之比垂直于最大主彎曲應變方向確定這些路線；和為縱向成形提供加熱路線，通過計算最大主平面內(nèi)應變與最小主平面內(nèi)應變之比垂直于最大主平面內(nèi)應變方向確定這些路線。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，數(shù)值分析步驟(c)包括步驟(c-1)，建立諸如鋼板尺寸、鋼板初始曲率、火炬速度、在火炬與冷卻器之間的間隙、薄膜系數(shù)、有限單元數(shù)量之類的參數(shù)；(c-2)，建立象傳導系數(shù)和比熱量級之類的材料性能以模型化熱源和一種冷卻方法，在每個時間步驟計算溫度分布，及使以后過程有效地表示計算結果；及(c-3)，建立象傳導系數(shù)、彈性系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、屈服應力之類的材料性能，確定邊界條件，借助于溫度分布計算應變和應力，及進行以后處理以有效地表示計算結果。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，數(shù)據(jù)庫建造步驟(a)有一個有關產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，并且具有步驟(a-1)，根據(jù)目標取向概念信息模型化包含在船殼體構件的成形過程的數(shù)據(jù)流；(a-2)，根據(jù)目標取向的概念關于船殼體構件的成形過程的產(chǎn)品模型定義，其中產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)覆蓋在整個壽命周期上的所有信息-具體產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)和作廢，如階段1、階段2、階段3、和階段4，其中階段1是作為殼體構件和運動學、彎曲應變和平面內(nèi)應變、主曲率和構件成形方法、輾壓和輾壓條件、線加熱和加熱條件、材料性能和NURBS表面、偏移表和表面測量、測量點和測量順序、加熱線設置和加熱順序、及通信方法和ANN模型的目標的選擇，階段2是他們的特性和他們的關系的定義，階段3是其約束的建立，及階段4是這些目標的模型集合；及(a-3)，存儲到其中和根據(jù)這種產(chǎn)品模型從中檢索一些成形信息的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫的建造。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供有一種用于船殼體構件成形的信息產(chǎn)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括測量模塊，其中用一些裝置測量在過程中的鋼板形狀和成形信息；數(shù)值分析模塊，其中計算和確認加熱條件，并且使用用于熱彈塑性分析的數(shù)值程序模擬該過程；顯示模塊，其中在個人計算機(PC)的監(jiān)視器中顯示許多信息，并且通過打印機打印出來；數(shù)據(jù)存取模塊，其中把測量和成形信息存儲到一個產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫中和從中檢索這些信息，并且一個帶有測量和成形信息的STEP物理文件是適用的；推導模塊，其中從產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)通過人造神經(jīng)網(wǎng)絡法預計關于新成形鋼板的成形信息和加熱條件；信息產(chǎn)生和控制模塊，其中通過該模塊的程序控制上述每個模塊，并且通過在處理階段中的平面內(nèi)和彎曲應變的計算得到成形信息，其中確定要加熱的路線或位置，把平面內(nèi)應變與彎曲應變彼此比較；通信模塊，通過它信息產(chǎn)生和控制模塊把成形信息、加熱條件和加熱路線傳送到基于PC(PC／NC)的數(shù)值控制機械，并且通過它把測量結果和信息結果傳送和存儲到產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫。
由下文給出的詳細描述和僅通過說明給出、并因而不限制本發(fā)明的附圖，將更充分地理解本發(fā)明，并且其中

圖1表示在本發(fā)明中提出的一種彎曲鋼板成形方法的系統(tǒng)；圖2表示在本發(fā)明中提出一些種類的信息和其關于數(shù)據(jù)產(chǎn)生、處理和存儲的產(chǎn)生流程；圖3表示在本發(fā)明中提出的一種從任何平鋼板產(chǎn)生成形信息的方法。換句話說，這是在任何平鋼板與對應目標鋼板之間的運動學；及圖4表示在本發(fā)明中提出的一種從任何部分成形鋼板產(chǎn)生成形信息的方法。換句話說，這是在任何初始彎曲鋼板與對應目標鋼板之間的運動學。
圖1表示在本發(fā)明中提出的一種彎曲鋼板成形過程的系統(tǒng)。如圖1中所示，該成形過程包括七部分一個主模塊和六個子模塊。在測量模塊(10)中，用一些裝置(11)測量在過程中的鋼板形狀和成形信息。在數(shù)值分析模塊(20)中，計算和確認加熱條件，并且使用用于熱彈塑性分析的數(shù)值程序(21)模擬該過程。在顯示模塊(30)中，在個人計算機(PC)的監(jiān)視器(31)中顯示許多信息，并且通過打印機打印出來。在數(shù)據(jù)存取模塊(40)中，把測量和成形信息存儲在一個產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(41)中和從中檢索這些信息，并且該數(shù)據(jù)是現(xiàn)存的或新的。一個帶有測量和成形信息的STEP(用于產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換的標準)物理文件是適用的。在推導模塊(50)中，從產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)通過人造神經(jīng)網(wǎng)絡法預計關于新成形鋼板的成形信息和加熱條件。在信息產(chǎn)生和控制模塊(60)中，通過該模塊的程序控制上述每個過程，并且通過在處理階段中的平面內(nèi)和彎曲應變的計算得到成形信息。而且確定要加熱的路線或位置，把平面內(nèi)應變與彎曲應變彼此比較。該模塊(60)經(jīng)通信模塊(70)把成形信息、加熱條件和加熱路線傳送到基于PC(PC／NC)的數(shù)值控制機械(71)。而且經(jīng)通信模塊(70)把測量結果和信息結果傳送和存儲到產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(41)。
圖2表示在本發(fā)明中提出一些種類的信息和其關于數(shù)據(jù)產(chǎn)生、處理和存儲的制造流程。如圖2中所示，該信息過程由如下四個子過程組成。
·CAD(計算機輔助設計)過程(S100-S104)，其中根據(jù)目標鋼板計算象表面模型和膨脹形狀之類的必需數(shù)據(jù)，并且把他們存儲在產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(41)中·壓輥彎曲過程(S201-S205)，其中從數(shù)據(jù)庫(41)檢索諸如輾壓量和測量信息之類的輾壓信息，實現(xiàn)壓輥彎曲，及把測量結果存儲到數(shù)據(jù)庫(41)中·推導過程(S301-S302)，其中對于壓輥彎曲和線加熱通過人造神經(jīng)網(wǎng)絡法推導成形條件·線加熱過程(S401-S405)，其中從數(shù)據(jù)庫(41)檢索加熱和測量信息，實現(xiàn)加熱，及把測量結果存儲到數(shù)據(jù)庫(41)中從船設計步驟得到的目標鋼板的偏移數(shù)據(jù)模型化成NURBS(非均勻合理B-樣條)表面(S101)以便計算在該系統(tǒng)中的彎曲和平面內(nèi)應變，并且然后把模型化表面存儲在產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(41)中。在展開過程(S103)中，目標彎曲鋼板的展開形狀(S104)借助于這種數(shù)據(jù)計算，并且也存儲在產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(41)中。
由于冷成形用作成形彎曲鋼板的第一過程(S201-S205)，所以根據(jù)從目標鋼板與其展開鋼板之間的關系得到的輾壓信息(S201)執(zhí)行壓輥彎曲。并且然后通過圖1中的測量模塊測量彎曲鋼板。通過該測量，我們肯定彎曲鋼板與設計形狀相差多少。如果按要求得到其形狀，則把在該過程中出現(xiàn)的信息存儲到數(shù)據(jù)庫(41)中，并且進行下個過程。
線加熱過程(S401-S405)能用作第一無壓輥彎曲或第二壓輥后彎曲。因此，在把線加熱用作第一過程時，確定成形信息以構造平鋼板或具有初始曲率的鋼板(S302)。如果鋼板通過冷成形預制，則線加熱將作為第二過程應用于彎曲鋼板。以與壓輥彎曲相同的方式產(chǎn)生用于線加熱的成形信息(S401)。就是說，它從目標彎曲鋼板與初始鋼板之間的關系得到。在進行線加熱之后(S402)，測量成形鋼板(S404)，并且估計是否得到希望的形狀。如果沒有制成希望的形狀，則重復以上步驟。并且把在該過程中出現(xiàn)的信息連續(xù)存儲在產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(41)中。
推導裝置，例如人造神經(jīng)網(wǎng)絡法用來估計壓輥彎曲和線加熱的成形信息。在推導過程(S301-302)中，通過其中已經(jīng)累計多個數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(41)確定新信息。
圖1的每部分在本發(fā)明中通過軟件實現(xiàn)。我們能構成一些用于每部分的軟件，以按照信息產(chǎn)生和控制模塊(60)進行如下步驟。
·測量步驟，其中在處理時通過測量模塊(10)測量鋼板和信息；·數(shù)值分析步驟，其中根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊(20)的熱彈塑性理論預計和確認成形信息；·顯示步驟，其中通過顯示模塊(30)在PC監(jiān)視器(31)中觀看許多信息和測量結果；·數(shù)據(jù)管理步驟，其中通過數(shù)據(jù)存取模塊(40)把鋼板的設計數(shù)據(jù)和成形信息存儲到產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(41)中并且從中檢索這些數(shù)據(jù)和信息；·推導步驟，其中通過使用人造神經(jīng)網(wǎng)絡計經(jīng)推導模塊(50)從存在于產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(41)中的數(shù)據(jù)預計應用于新構造的新成形信息；·通信步驟，其中把構造信息從數(shù)據(jù)庫(41)經(jīng)通信模塊(70)發(fā)送到成形裝置或PC／NC機械(71)，并且把所得數(shù)據(jù)從PC／NC機械(71)傳送到顯示模塊(30)和數(shù)據(jù)存取模塊(40)；
·信息產(chǎn)生步驟，其中計算彎曲和平面內(nèi)應變，以產(chǎn)生初始成形信息和中間信息、和通過信息產(chǎn)生和控制模塊(60)決定加熱線的位置。
從現(xiàn)在起，將詳細描述上述步驟。
(1)測量步驟使用測量裝置，測量在過程中鋼板的形狀和過程信息。此后，把以上信息經(jīng)測量模塊(10)輸入到數(shù)據(jù)庫(41)中。使用在過程期間的中間形狀的信息產(chǎn)生在‘(6)信息產(chǎn)生步驟’中的新構造信息。
(2)數(shù)值分析步驟為了找到關于加熱路線、加熱速度、加熱輸入等的構造信息，數(shù)值分析是有效的。鋼板在線加熱過程下呈現(xiàn)復雜的熱彈塑性特性。為了分析熱彈塑性問題，第一步應該找到加熱鋼板的時間依賴溫度分布。由于在加熱和冷卻下的材料的熱變形不是很大，所以在該分析中能認為熱傳遞問題和熱變形問題是無關的。因此，熱彈塑性問題能簡化一些。在該分析期間，諸如屈服應力、彈性系數(shù)、熱膨脹系數(shù)等之類的材料性能取決于溫度。
數(shù)值分析過程能大體分類為三部分。
在第一步驟中，包括一個數(shù)值模型。它涉及象鋼板的尺寸和初始曲率之類的形狀信息；象火炬速度、冷卻條件、加熱輸入等之類的成形信息；及影響數(shù)據(jù)分析的鋼板網(wǎng)格。
在第二步驟中，解決熱傳遞問題。在加熱時，鋼板具有由橫向和縱向熱傳導引起的溫度分布，而在冷卻時，鋼板僅通過熱對流變冷，忽略通過熱輻射的冷卻。
在本發(fā)明中，把熱源處理為高斯分布的形狀，在鋼板上以固定速度運動。熱源模型化為如下公式。qn(r)=qmaxe-γ2]]>其中qn(r)是熱通量，qmax是最大熱通量，γ是濃度系數(shù)，r是離開熱源中心的距離。而且冷卻過程表示為如下的對流熱傳導公式，稱作牛頓冷卻定律。qcn=h(T∞-Ts)]]>其中qnc是對流熱通量，h是膜系數(shù)，T∝是冷卻劑的溫度，Ts是鋼板表面上的溫度。通過用數(shù)值法解由分布熱源的運動引起的該熱傳導問題的偏微分方程求出溫度分布。
第三步是其中借助于在第二步中求出的溫度分布進行熱彈塑性分析的程序。鋼板的屈服應力隨鋼板的溫度降低而減小。加熱表面隨表面在加熱中膨脹具有壓應力。如果該壓應力變得比屈服應力低，則材料局部屈服。由于這個原因，鋼板在冷卻期間具有彎曲作用。加熱表面隨表面在冷卻中收縮具有拉應力。
在上述的第一步中，建立各種參數(shù)。這些參數(shù)包括鋼板的尺寸、鋼板的初始曲率、火炬的速度、火炬與冷卻裝置之間的距離、膜系數(shù)、有限單元的數(shù)量等。
作為上述第二步，在熱傳導問題中進行四個過程。第一是設置傳導系數(shù)和比熱等級。第二是模型化鋼板、火炬、和冷卻。第三是在每個時間步驟中計算溫度分布。而第四是有效地表示結果的后處理。
作為上述第三步，在熱彈塑性問題中也進行四個過程。第一是設置象傳遞系數(shù)、彈性系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、屈服應力等之類的的材料性能。第二是應用邊界條件。第三是由在第二步中得到的溫度分布計算變形和應力。而第四是有效地表示結果的后處理。
(3)顯示步驟這是經(jīng)監(jiān)視器表示確定的信息的步驟。
(4)數(shù)據(jù)管理步驟在該步驟中，我們建立和使用關于彎曲鋼板的形狀設計數(shù)據(jù)和成形信息。信息包含測量值和數(shù)值分析的結果。為此，本發(fā)明在對于船殼體構件的成形過程中使用目標取向概念執(zhí)行信息模型化，并且定義一個產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。該產(chǎn)品模型定義在從具體產(chǎn)品的設計和生產(chǎn)至作廢的整個壽命期間產(chǎn)生的所有信息。使用有關的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)，我們建立基于船殼體鋼板的產(chǎn)品模型的數(shù)據(jù)庫。定義必需的目標，并且用這些目標組織數(shù)據(jù)庫。主要目標如下殼體構件，運動學，彎曲應變，平面內(nèi)應變，原理曲率，構件成形方法，輾壓，輾壓條件，線加熱， 加熱條件，材料性能，NURBS表面，偏移表， 表面測量，測量點， 測量順序，加熱線設置， 加熱順序，通信方法，ANN模型。
根據(jù)這些目標的特性和關系的定義和約束建造圖2中所示的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫。
(5)成形信息的推導步驟借助于要求通過數(shù)值分析和測量的模擬建立信息數(shù)據(jù)庫的后傳播法通過多層人造神經(jīng)網(wǎng)絡(ANN)能得到構造信息。
ANN包括輸入層、隱藏層和輸出層。Q=Σi=1nIiwi]]>R=f(Q)]]>其中Ii是輸入層的值，Q是隱藏層的值，R是輸出層的值，Wi是權重，及f是活性函數(shù)。對于活性函數(shù)f，S形函數(shù)按如下采用。∫(Q)=1/(1+e-Q)]]>并且下一個公式控制權重是有效的。win=wio+η×δ×R]]>δ=f′x(T-R)]]>
其中Wni是權重的更新值，Woi是權重的舊值，R是對應變量的輸出值，η是訓練速率，f＇是活性函數(shù)f的導數(shù)，及T是目標值。訓練速率η是在0．01至1．0之間的常數(shù)。
在S形函數(shù)為f的情況下，f＇作為f＇=R(1-R)簡單地得到。在隱藏層與輸出層之間的連接中控制權重之后，也以類似的方式控制隱藏層與輸入層之間的權重。并且然后，利用新更新的權重，ANN系統(tǒng)計算輸出。如果該結果在容許范圍內(nèi)，則它停止訓練，但如果不在，則繼續(xù)訓練，直到輸出精度在容許范圍內(nèi)。
在本發(fā)明中，對于隱藏層的數(shù)量和每個隱藏層中的神經(jīng)元的變化進行訓練。從諸結果，如果ANN系統(tǒng)在兩個隱藏層中有足夠的神經(jīng)元，則它容易研究例子問題。來自訓練的推導給出合理的解，這呈現(xiàn)較小的誤差。這意味著當在問題域中檢查和訓練豐富數(shù)據(jù)集時，ANN系統(tǒng)將分發(fā)接近實際的結果。并且它將高效地利用結構分析的結果。
為確認這種可能性，對于數(shù)據(jù)分析的實施和新信息的推導表示例子。對于鋼板的厚度、初始曲率和加熱火炬的運動速度的變化進行數(shù)值分析。當把例子的結果當作訓練集時，ANN系統(tǒng)為新輸入推導最大變形。
在表1中，表示數(shù)值分析的結果。輸入值是鋼板的初始曲率和厚度，而輸出值是變形。
表1
相對于初始曲率的半徑、厚度及火炬的速度，兩種如下情形在表2中給出由ANN系統(tǒng)推導的最大變形。
表2
在該表中，從ANN系統(tǒng)借助于2個隱藏層和每層中的4個神經(jīng)元得到(1)，并且進行162900次訓練。借助于2個隱藏層和每層中的6個神經(jīng)元做出(2)，并且進行227700次訓練。
如在表2中看到的那樣，當在每層中神經(jīng)元的數(shù)量增加時，訓練需要的時間也以明顯的誤差增加。這意味著應該慎重選擇隱藏層和神經(jīng)元的適當數(shù)量。
(6)通信步驟采用TCP／IP作為用于在物理裝置與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的制造數(shù)據(jù)的通信的協(xié)議。這當前用作因特網(wǎng)協(xié)議。
(7)信息產(chǎn)生步驟采用應變作為主因子以確定應用于初始鋼板的加熱路線和成形條件。在該步驟中，通過平面內(nèi)和彎曲應變的計算產(chǎn)生這種構造信息。Green-Lagrangian應變張量按如下處于主要應用中。ϵij=12(∂ui∂xj+∂uj∂xi+∂uk∂xj∂uk∂xi)]]>
其中εij是應變，而ui指在x、y、和z方向的變形。
關于用于圖3中平鋼板的信息產(chǎn)生表示方法1，圖3表示在任何平鋼板與相對目標鋼板之間的運動學。
當考慮圖3中的無限小單元h(x，y)dxdy時，相應的應變公式化為，ϵxx=-z∂2w∂x2+∂u∂x+12(∂w∂x)2]]>ϵyy=-z∂2w∂y2+∂v∂y+12(∂w∂y)2,]]>ϵxy=-z∂2w∂x∂y+12(∂u∂y+∂v∂x+∂w∂x∂w∂y)]]>當總應變張量用ε指示時，ε=εb+εm．總應變劃分成彎曲應變εb和平面內(nèi)應變εm。通過下式得到平面內(nèi)應變ϵxxm=∂u∂x+12(∂w∂x)2,]]>ϵyym=12(∂u∂y+∂v∂x+∂w∂x∂w∂y)2,.]]>ϵxym=∂u∂y+12(∂w∂y)2]]>并且通過下式得到彎曲應變ϵxxb=-z∂2w∂x2,ϵxyb=-z∂2w∂x∂y,ϵyyb=-z∂2w∂y2.]]>而且，在圖4中把用于部分成形鋼板，即初始撓曲的鋼板，的信息產(chǎn)生表示為方法2，圖4表示任何初始彎曲鋼板與相應目標鋼板之間的運動學。
當我們考慮具有通過圖4中的初始構造出現(xiàn)的初始形狀ξ的無限小單元h(x，y)dxdy時，得到相應的應變?yōu)椋?amp;epsiv;xx=∂u∂x+12(∂w∂x)2+∂ξ∂x∂w∂x-z∂2w∂x2.]]>ϵxy=12(∂u∂y+∂v∂x+∂w∂x∂w∂y+∂ξ∂y∂w∂x+∂ξ∂x∂w∂y)-z∂2w∂x∂y]]>ϵyy=δvδy+12(δwδy)2+δξδyδwδy-zδ2wδy2]]>
得到總應變張量ε，象在平鋼板的情況那樣求和兩個應變張量εm和εb。ε=εb+εm．因此看到εij代表劃分成平面內(nèi)應變εijm和彎曲應變εijb的應變的分量。
平面內(nèi)應變由下式指示ϵxxm=δuδx+12(δwδx)2+δξδxδwδx]]>ϵxym=12[δuδy+δvδx+δwδxδwδy+δξδyδwδx+δξδxδwδy]]]>ϵyym=δvδy+12(δwδy)2+δξδyδwδy]]>并且彎曲應變由下式ϵxxb=-zδ2wδx2ϵxyb=-zδ2wδxδyϵyyb=-zδ2wδy2.]]>初始撓曲的影響出現(xiàn)在平面內(nèi)應變中的ξ項中。
根據(jù)在每種方法中的導出公式能數(shù)值計算應變。彎曲應變代表在該點處的曲率。因而，他們能用插入表面的曲率代替。而平面內(nèi)應變能通過等參數(shù)有限元公式化計算。在這種公式化中，鋼板單元用來得到平面內(nèi)應變。
在得到這種平面內(nèi)應變和彎曲應變之后，確定象加熱路線和加熱順序等之類的成形信息。首先，計算最大彎曲應變與最小變曲應變的比值，并且然后垂直于最大主彎曲應變確定用于橫向成形的加熱路線。其次，計算最大平面內(nèi)應變與最小平面內(nèi)應變的比值，并且垂直于最大主平面內(nèi)應變確定用于縱向成形的加熱路線。
在該步驟中，我們建造成形技術，以通過從目標彎曲鋼板與中間成形鋼板之間的關系重復計算新成形信息來減小在成形過程中自然出現(xiàn)的誤差。
如詳細描述的那樣，本發(fā)明在船殼體構件成形過程中，制成具有成形信息、由人造神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)推導的新信息的數(shù)據(jù)庫，并且在過程期間通過連續(xù)地與目標相比較構造最佳的鋼板。
因此即使不是最好的工人也有可能把平鋼板構造成對應的目標鋼板，并且實際上在船殼體構件成形中能使所有過程自動化。
盡管為了說明目的已經(jīng)公開了本發(fā)明的最佳實施例，但熟悉本專業(yè)的技術人員將認識到各種改進、添加和替換是可能的，而不脫離在附屬權利要求書中敘述的本發(fā)明的范圍和精神。
權利要求
1．一種船殼體構件成形方法，包括步驟(a)通過使用有關的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和通過根據(jù)關于成形數(shù)據(jù)和過程的信息模型化建立產(chǎn)品模型建造一個產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫；(b)測量鋼板的形狀和處理數(shù)據(jù)；(c)根據(jù)熱彈塑性理論進行數(shù)值分析，該數(shù)值分析使關于以上測量鋼板的成形信息和關于加熱位置的信息作為離線訓練或編程；(d)從具有通過數(shù)值模擬得到和在以前工作中測量的多個數(shù)據(jù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫借助于多層人造神經(jīng)網(wǎng)絡推導出應用于新鋼板的成形信息；及(e)通過從平鋼板與目標彎曲鋼板之間的關系和從目標與在成形中途部分成形的鋼板之間的關系計算平面內(nèi)和彎曲應變，產(chǎn)生關于加熱路線和加熱條件的信息；其中所述方法在過程期間能測量在成形中途部分成形的任何形狀鋼板與其目標鋼板之間的差值，并且借助于該差值數(shù)值計算平面內(nèi)和彎曲應變以提供成形信息；其中所述成形步驟通過在每個處理步驟重復進行該測量和計算而完成。
2．根據(jù)本權利要求1所述的船殼體構件成形方法，所述方法具有這樣的能力經(jīng)監(jiān)視器和工作圖向工人提供成形信息，把它發(fā)送到用于線加熱過程的自動裝置，及把來自該裝置的中間成形信息存儲到產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫。
3．根據(jù)本權利要求1所述的船殼體構件成形方法，其中所述信息產(chǎn)生步驟(e)具有這樣的能力為橫向成形提供加熱路線，通過計算最大主彎曲應變與最小主彎曲應變之比垂直于最大主彎曲應變方向確定這些路線；和為縱向成形提供加熱路線，通過計算最大主平面內(nèi)應變與最小主平面內(nèi)應變之比垂直于最大主平面內(nèi)應變方向確定這些路線。
4．根據(jù)本權利要求1所述的船殼體構件成形方法，其中所述數(shù)值分析步驟(c)包括步驟(c-1)，建立諸如鋼板尺寸、鋼板初始曲率、火炬速度、在火炬與冷卻器之間的間隙、薄膜系數(shù)、有限單元數(shù)量之類的參數(shù)；(c-2)，建立象傳導系數(shù)和比熱值類的材料性能以模型化熱源和一種冷卻方法，在每個時間步驟計算溫度分布，及使以后過程有效地表示計算結果；及(c-3)，建立象傳導系數(shù)、彈性系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、屈服應力之類的材料性能，確定邊界條件，借助于溫度分布計算應變和應力，及進行以后處理以有效地表示計算結果。
5．根據(jù)本權利要求1所述的船殼體構件成形方法，其中所述數(shù)據(jù)庫建造步驟(a)有一個有關產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，并且具有步驟(a-1)，根據(jù)目標取向概念進行信息模型化，包含船殼體構件的成形過程中的數(shù)據(jù)流；(a-2)，根據(jù)目標取向的概念關于船殼體構件的成形過程的產(chǎn)品模型定義，其中產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)覆蓋在整個壽命周期上的所有信息-具體產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)和作廢，如階段1、階段2、階段3、和階段4，其中階段1是作為殼體構件和運動學、彎曲應變和平面內(nèi)應變、主曲率和構件成形方法、輾壓和輾壓條件、線加熱和加熱條件、材料性能和NURBS表面、偏移表和表面測量、測量點和測量順序、加熱線設置和加熱順序、及通信方法和ANN模型的目標的選擇，階段2是他們的特性和他們的關系的定義，階段3是其約束的建立，及階段4是這些目標的模型集合；及(a-3)，建造產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，以這種產(chǎn)品模型的方式將一些成型信息存儲到其中或從中檢索出。
6．一種用于船殼體構件成形的信息產(chǎn)生系統(tǒng)，包括測量模塊(10)，其中用一些裝置(11)測量在過程中的鋼板形狀和成形信息；數(shù)值分析模塊(20)，其中計算和確認加熱條件，并且使用用于熱彈塑性分析的數(shù)值程序(21)模擬該過程；顯示模塊(30)，其中在個人計算機(PC)的監(jiān)視器(31)中顯示許多信息，并且通過打印機打印出來；數(shù)據(jù)存取模塊(40)，其中把測量和成形信息存儲到一個產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(41)中和從中檢索這些信息，并且一個帶有測量和成形信息的STEP物理文件是適用的；推導模塊(50)，其中從產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)通過人造神經(jīng)網(wǎng)絡法預計關于新成形鋼板的成形信息和加熱條件；信息產(chǎn)生和控制模塊(60)，其中通過該模塊的程序控制上述每個模塊，并且通過在處理階段中的平面內(nèi)和彎曲應變的計算得到成形信息，其中確定要加熱的路線或位置，把平面內(nèi)應變與彎曲應變彼此比較；通信模塊(70)，通過它信息產(chǎn)生和控制模塊(60)把成形信息、加熱條件和加熱路線傳送到基于PC(PC／NC)的數(shù)值控制機械(71)，并且通過它把測量結果和信息結果傳送和存儲到產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(41)。
全文摘要
本發(fā)明包括成形信息的產(chǎn)生和其管理方案,作為在船殼體構件中成形彎曲鋼板的一種方法。本發(fā)明包括如下三個部分:一部分是建造和利用一個包括關于平鋼板、目標彎曲鋼板、正在成形的鋼板的數(shù)據(jù)和他們的成形信息的數(shù)據(jù)庫,另一部分是借助于人造神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)推導新成形信息,及第三部分是通過計算平面內(nèi)和彎曲應變得到成形信息。在第三部分中,通過由在平鋼板與目標彎曲鋼板之間的關系計算應變得到初始成形信息。并且通過由在部分成形彎曲鋼板與目標彎曲鋼板之間的關系計算應變產(chǎn)生新成形信息。通過重復進行在進行步驟中的鋼板與最終目標鋼板之間的差的測量和和在每個過程中新應變的計算達到最終目標鋼板。因此,通過本發(fā)明能在彎曲鋼板成形中實現(xiàn)標準化和自動化。
文檔編號G05B19/4099GK1292737SQ99803699
公開日2001年4月25日 申請日期1999年3月2日 優(yōu)先權日1998年3月5日
發(fā)明者辛鐘桂, 金元敦 申請人:辛鐘桂, 金元敦