一種面向批量加工的堆焊工藝參數(shù)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向批量加工的堆焊工藝參數(shù)優(yōu)化方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 堆焊是用焊接方法在被焊金屬表面制備具有特殊性能的堆焊層的方法，具有效率 高、周期短、成形美觀、厚度均勻的特點(diǎn)，因此應(yīng)用廣泛，尤其在閥口零件的批量加工中應(yīng)用 廣泛?，F(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)堆焊工藝過(guò)程主要考慮的是效率、質(zhì)量，能耗極少被考慮在內(nèi)，工藝參 數(shù)的選取并沒(méi)有一個(gè)確定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際的選取中具有主觀性和不確定性，容易造成 耗能高和總產(chǎn)品的合格率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種面向批量加工的 堆焊工藝參數(shù)優(yōu)化方法，該方法兼顧了堆焊過(guò)程耗能少和產(chǎn)品的合格率高，避免人為操作 的主觀性和不確定性，并可提高生產(chǎn)效率，適用于堆焊焊接的批量加工。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種面向批量加工的堆焊工藝參數(shù)優(yōu)化方法，包括W下步驟：
[0006] 1)根據(jù)待焊件確定待優(yōu)化的堆焊工藝參數(shù)，所述工藝參數(shù)包括有焊條直徑、焊接 電流、電弧電壓、焊接速度和焊接層數(shù)；
[0007] 2)根據(jù)焊件厚度和焊條屬性確定待優(yōu)化堆焊工藝參數(shù)的約束條件；
[0008] 3)確定優(yōu)化目標(biāo)，根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)建立優(yōu)化目標(biāo)與待優(yōu)化堆焊工藝參數(shù)的綜合優(yōu)化 模型；
[0009] 4)通過(guò)有限次試驗(yàn)獲得優(yōu)化目標(biāo)與焊接工藝參數(shù)之間的離散關(guān)系；
[0010] 5)根據(jù)綜合優(yōu)化模型與焊接工藝參數(shù)之間的離散關(guān)系，建立模糊函數(shù)模型，同時(shí) 對(duì)離散關(guān)系進(jìn)行擬合建立與模糊函數(shù)模型對(duì)應(yīng)的擬合函數(shù)；
[0011] 6)對(duì)擬合函數(shù)實(shí)施最優(yōu)值求解。
[0012] 按上述方案，步驟3)中所述優(yōu)化目標(biāo)包括焊接過(guò)程中的能耗和焊接產(chǎn)品的合格 率；
[0013] 批量生產(chǎn)過(guò)程中能耗與待優(yōu)化工藝參數(shù)的"黑箱"函數(shù)模型為：
[0014]
[001引其中EC佩為能量消耗，Μ代表Μ臺(tái)設(shè)備，N代表N件產(chǎn)品，D為焊條直徑，I為焊 接電流，U為電弧電壓，V為焊接速度，η為焊接層數(shù)；
[0016] 合格率與工藝參數(shù)的"黑箱"函數(shù)模型為：
[0017]Q狂）=9值，I，U，V，η)，Q00為批量生產(chǎn)的焊接產(chǎn)品的合格率；
[0018] 綜合優(yōu)化目標(biāo)模型：
[001引 Υ=EC佩/Q狂)，Ymi。為最優(yōu)模型。
[0020] 按上述方案，步驟5)中采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法來(lái)擬合輸入、輸出之間的函數(shù)關(guān)系； 具體如下：
[0021] 用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱式來(lái)表達(dá)輸入、輸出之間的模糊函數(shù)關(guān)系，即將離散數(shù)據(jù)作為樣 本輸入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，建立輸入、輸出之間的非線性映射關(guān)系，并將信息存儲(chǔ)在連接權(quán)上， 利用網(wǎng)絡(luò)的記憶功能形成虛擬函數(shù)，在后續(xù)的求解計(jì)算中可W直接調(diào)用此虛擬函數(shù)。
[0022] 按上述方案，步驟6)中采用食物鏈算法對(duì)擬合函數(shù)實(shí)施最優(yōu)值求解。
[0023] 按上述方案，步驟6)中采用的食物鏈算法具體如下：
[0024] a.初始化；設(shè)置優(yōu)化變量及初始樣本，將焊接產(chǎn)品合格率和能量消耗的綜合優(yōu)化 函數(shù)模型作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；
[00巧]b.覓食；設(shè)置鄰域大小作為每一次尋優(yōu)的范圍，通過(guò)比較綜合優(yōu)化目標(biāo)Y值大小 作為覓食行為，保留較小的值，記作Ymm，直到所有人工生命都完成一次搜索，進(jìn)入下一步；
[0026] C.更新位置；所有的生命個(gè)體均完成一次覓食行為之后，構(gòu)成新的人工生命，送 個(gè)過(guò)程相當(dāng)于通過(guò)尋優(yōu)機(jī)制，各人工生命個(gè)體實(shí)現(xiàn)了更新與優(yōu)化；
[0027] d.成熟個(gè)體的選擇；按比例確定成熟及死亡人工生命個(gè)體，將所有的人工生命個(gè) 體按其目標(biāo)函數(shù)值從小到大排序，選取前半部分的人工生命個(gè)體作為成熟個(gè)體進(jìn)入下一 步，即進(jìn)行新陳代謝活動(dòng)；后半部分的人工生命個(gè)體，作為死亡個(gè)體，從人工生命世界中淘 汰；
[0028] e.新陳代謝；設(shè)置隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)，生成和成熟生命個(gè)體數(shù)量相同的子代人工生 命個(gè)體，并與成熟的生命個(gè)體共同組成新的人工生命集體；
[0029] f.循環(huán)控制；當(dāng)循環(huán)總代數(shù)不小于設(shè)定的最大循環(huán)代數(shù)時(shí)，結(jié)束求解過(guò)程，此時(shí) 輸出的全局最優(yōu)解即為綜合函數(shù)模型的最優(yōu)值，對(duì)應(yīng)各參數(shù)的值即為最優(yōu)的工藝參數(shù)，然 后將參數(shù)代入已經(jīng)訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，便可得到優(yōu)化的合格率和能量消耗值。
[0030] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：
[0031] 1.本發(fā)明引入焊接層數(shù)作為待優(yōu)化工藝參數(shù)，通過(guò)對(duì)堆焊工藝的參數(shù)進(jìn)一步優(yōu) 化，達(dá)到節(jié)約能源、提高批量產(chǎn)品的合格率的目的。
[0032] 2.本發(fā)明運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和食物鏈算法結(jié)合的參數(shù)優(yōu)化方法，使得最后的計(jì)算結(jié)果 保證了堆焊過(guò)程耗能少和產(chǎn)品的合格率高，避免人為操作的主觀性和不確定性，并可提高 生產(chǎn)效率，適用于堆焊焊接的批量加工。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：
[0034] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的方法流程圖；
[0035] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的食物鏈算法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用W解釋本發(fā)明，并不用于限 定本發(fā)明。
[0037] 如圖1所示，本發(fā)明搜集某閥口公司安全閥閥瓣的堆焊工藝批量加工過(guò)程中的數(shù) 據(jù)，有3臺(tái)型號(hào)為AX的直流弧焊機(jī)焊接100件安全閥的閥瓣，焊件厚度均為10mm。工藝參 數(shù)優(yōu)化的步驟如下：
[0038] 1)選擇焊條直徑值)、焊接電流（I)、電弧電壓扣)、焊接速度（V)、焊接層數(shù)（η)做 為堆焊工藝待優(yōu)化的工藝參數(shù)；
[0039] 首先根據(jù)待焊件厚度（Η)來(lái)確定所需焊條的焊條直徑值)，不同的焊條直徑適用 于不同的焊接電流（I)，電流決定能源的消耗量，也影響焊條的烙化速度和母材的烙深，使 得產(chǎn)生的烙池的形狀不同，直接影響焊件的質(zhì)量；電弧電壓扣）與電流有一定的匹配關(guān)系， 共同影響能源的消耗；焊接速度（V)直接決定生產(chǎn)率，但焊接速度過(guò)大會(huì)造成未焊透等現(xiàn) 象，影響焊件的質(zhì)量，進(jìn)而影響批量產(chǎn)品的合格率；對(duì)質(zhì)量有要求的焊縫，焊層（η)每層厚 度不大于4mm-5mm，也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式η=H/D(n為層數(shù)，Η為焊件厚度，D為焊條直徑）來(lái) 確定。
[0040] 然后建立工藝參數(shù)數(shù)組，記作化，U，I，V.η}。
[0041] 2)選擇堆焊中能源消耗EC和焊件合格率Q作為優(yōu)化目標(biāo)，堆焊過(guò)程中能源消耗與 堆焊工藝參數(shù)相關(guān)。焊接過(guò)程中的能耗會(huì)受到焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊 接層數(shù)的綜合影響。在批量生產(chǎn)中，能源消耗為焊接所有產(chǎn)品的焊接過(guò)程中所消耗的能源 的總和，可建立能源消耗的"黑箱"函數(shù)模型：
[0042]
[0043] 其中EC佩為能量消耗，Μ代表Μ臺(tái)設(shè)備，Ν代表Ν件產(chǎn)品。
[0044] 單個(gè)焊件的質(zhì)量也同樣受所選擇工藝參數(shù)的影響，批量加工的焊接產(chǎn)品，所有產(chǎn) 品的質(zhì)量用合格率來(lái)表現(xiàn)，合格率=合格產(chǎn)品數(shù)/總產(chǎn)品件數(shù)。本發(fā)明將工藝參數(shù)與合格 率聯(lián)系起來(lái)，建立了合格率與工藝參數(shù)的"黑箱"函數(shù)模型：
[004引 Q狂）=Q(D，I，U，V，n)
[0046] 其中QOO為批量生產(chǎn)的焊接產(chǎn)品的合格率。
[0047] 在實(shí)際焊接過(guò)程中，提高焊接速度可W提高生產(chǎn)率，減少能量消耗，但會(huì)影響焊件 的質(zhì)量進(jìn)而影響批量產(chǎn)品的合格率；提高質(zhì)量即增大合格率可W減少?gòu)U品的出現(xiàn)，但會(huì)增 加能量的消