大型复杂曲面船体外板成形工艺参数自学习专家系统

摘要

船体外板水火弯板成形技术，线加热成形主要依然依靠工人经验手工完成，这种方式不但效率很低，而且加工质量波动较大;由于船板面积和曲度较大、耗费时间计算船体外板成形状态信息的时间较长、特定成形状态下火工参数类型复杂不一、影响外板成形的因素过多和现有水火弯板智能加工系统对大区率板材工艺参数预报失真，这都严重阻碍现代化造船的发展。以上问题中，国内外研究中已经解决了水火弯板工艺参数与外板收缩量关系模型的建立问题、曲度较小的曲面匹配及火路预报问题，仍然存在以下问题:大曲度外板的三维拟合问题、火路类型预报及精准三维火路位置预报问题，没有得到很好的解决，本文主要针对以上未解决的问题进行深入研究并开发专家系统，实现大曲率板材成形的全过程自动化火路预报。
　　针对三大未解决问题，主要工作如下:(1)研究国内外船体外板曲面的描述、展开、坐标系转换及匹配技术、火路预报算法以及机器学习算法在工程领域的应用研究。(2)研究不同坐标系下大曲率曲面三维坐标转换技术，解决了测量曲面与企业Tribon系统成形曲面坐标系的统一问题，为专家系统后续曲面匹配等工作做铺垫;(3)研究同一坐标系下成形曲面与测量曲面之间的差异及其三维匹配技术，解决检测曲面与成形曲面的拟合问题，为专家系统判断大曲率曲面是否成形提供依据，即解决三维匹配问题;(4)研究大曲率曲面成形状态描述参数与火路布置类型之间的关系，利用机器学习技术对两者关系进行学习，使得专家系统能够识别特定成形状态的大曲率板材，并预报出唯一的火路类型。(5)研究大曲率板材横向火路类型、纵向火路类型及扭曲火路类型的三维位置预报技术，解决了精准三维火路位置信息预报问题。(6)最后开发了专家系统软件完成上述功能。
　　本课题针对以上提出的三大问题，本文提出了成形描述参数及其参数的量化方法和测量曲面与成形曲面拟合方法判断曲面是否达到成形并研究曲面描述参数与火路类型机器学习算法，最后也提出了较为具体的三维火路位置信息的预报算法。课题的研究提高了专家系统火路预报位置准确度，加快船舶加工自动化作业水平，为国防军事的发展起到积极的推动作用，并且其推广应用价值意义重大。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 感应加热数值模拟及建模研究

1．2．2 火路预报中曲面成形检测研究

1．2．3 线加热参数预报研究

1．2．4 专家系统决策工程应用研究

1．2．5 机器学习算法工程应用研究

1．3 课题来源及本文主要研究内容与结构

1．3．1 课题来源

1．3．2 本文研究内容及创新点

1．4 论文结构

第二章 大曲率板材及专家系统数据处理

2．1 大曲率板材的定义

2．2 大曲率板材的加工要求

2．3 专家系统软件界面

2．4 专家系统数据处理

2．4．1 成形数据的处理

2．4．2 测量数据的处理

2．4．3 专家系统输入及输出处理

2．5 本章小结

第三章 大曲率板材成形状态描述及其匹配

3．1 大曲率板成形描述

3．1．1 特征线成形

3．1．2 基线特征线成形

3．1．3 板材成形度

3．2 成形与检测曲面三维匹配

3．3 本章小结

第四章 成形参数与火路类型机器学习及火路预报算法

4．1 板材成形参数与火路类型学习算法

4．1．1 板材成形参数与火路类型的关系

4．1．2 成形参数与火路类型学习算法

4．2 大曲率板材火路预报算法

4．2．1 横向火路预报

4．2．2 扭曲火路预报

4．2．3 纵向火路预报

4．3 本章小结

第五章 专家系统软件

5．1 引言

5．2 专家系统软件模块

5．2．1 数据预处理模块

5．2．2 曲面匹配模块

5．2．3 火路预报模块

5．2．4 专家知识库模块

5．2．5 数据接口模块

5．3 本章小结

第六章 实验与应用

6．1 大曲率马鞍形板材预报验证

6．2 大曲率帆形板材预报验证

6．3 本章小结

结语与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间参加的科研项目

声明

致谢