本發(fā)明涉及制動(dòng)鼓鑄造，尤其涉及一種制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、灰鑄鐵制動(dòng)鼓是大型貨車和工程車輛中鼓式制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，由于其優(yōu)良的導(dǎo)熱性、耐磨性以及鑄造性能，在滿足車輛制動(dòng)需求的同時(shí)有著低廉的成本，但是制動(dòng)鼓工件存在縮松等鑄造缺陷時(shí)會(huì)嚴(yán)重降低其使用壽命，甚至影響車輛行駛安全。載重不同的車輛所使用的制動(dòng)鼓尺寸也不相同，因此在生產(chǎn)上不同尺寸制動(dòng)鼓較優(yōu)的澆注溫度、澆注時(shí)間、澆道尺寸、冒口尺寸等工藝參數(shù)往往是不同的，傳統(tǒng)上都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置一個(gè)初始工藝參數(shù)，然后通過試錯(cuò)的方式逐步得到較優(yōu)的結(jié)果，這一過程不僅耗費(fèi)人力來(lái)修改制作模具和調(diào)整工藝裝備而使得成本增加，還會(huì)影響自動(dòng)化生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)流程和耽誤交付時(shí)間。在現(xiàn)有技術(shù)中，技術(shù)人員會(huì)借助有限元模擬等計(jì)算工具對(duì)工件的鑄造過程進(jìn)行模擬計(jì)算，提前預(yù)測(cè)不同工藝參數(shù)下工件的充型和凝固情況，達(dá)到輔助實(shí)際生產(chǎn)中調(diào)整工藝參數(shù)的作用，但是對(duì)于不同尺寸制動(dòng)鼓較合適的工藝參數(shù)有所不同，雖然通過有限元模擬等計(jì)算工具相比于在生產(chǎn)線上試驗(yàn)更加節(jié)省成本，但同樣也有著根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)置初始工藝參數(shù)再通過試錯(cuò)來(lái)逐步得到較優(yōu)結(jié)果的問題，并且會(huì)耗費(fèi)大量的計(jì)算資源和計(jì)算時(shí)間成本。

2、因此，亟需一種制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)來(lái)解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于以上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，能快速獲取不同尺寸制動(dòng)鼓較合適的鑄造工藝參數(shù)，時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本較低。

2、為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)方法，包括：

4、獲取訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集包括特征變量和縮松缺陷體積y，所述特征變量包括制動(dòng)鼓尺寸變量和工藝參數(shù)變量，所述制動(dòng)鼓尺寸變量包括制動(dòng)鼓碗口內(nèi)徑dg、鼓壁豎直部位長(zhǎng)度l1、鼓壁到法蘭的過渡部位長(zhǎng)度l2、法蘭寬度f(wàn)、鼓壁厚度t，所述工藝參數(shù)變量包括冒口上部直徑dm、澆注系統(tǒng)的橫澆道寬度wh、澆注溫度t和澆注速率v；

5、構(gòu)建前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)構(gòu)建的所述前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)取值，獲得制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)模型；

6、測(cè)量制動(dòng)鼓工件的所述制動(dòng)鼓尺寸變量的每個(gè)數(shù)值，選取多組所述工藝參數(shù)變量，將所述制動(dòng)鼓尺寸變量以及每組工藝參數(shù)變量帶入所述預(yù)測(cè)模型中，求得每組所述工藝參數(shù)變量對(duì)應(yīng)的所述縮松缺陷體積y，選取所述縮松缺陷體積y最小對(duì)應(yīng)的所述工藝參數(shù)變量作為所述制動(dòng)鼓工件的最優(yōu)工藝參數(shù)。

7、作為一種制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)方法的優(yōu)選方案，所述前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、輸出層和采用全連接方式連接在所述輸入層和所述輸出層之間的至少一個(gè)隱藏層，所述輸入層包括九個(gè)輸入神經(jīng)元，所述九個(gè)輸入神經(jīng)元分別接收所述制動(dòng)鼓尺寸變量和所述工藝參數(shù)變量，所述輸出層包括一個(gè)輸出神經(jīng)元，訓(xùn)練時(shí)接收所述縮松缺陷體積y；

8、設(shè)置或通過訓(xùn)練確定隱藏層的層數(shù)、每層所述隱藏層的神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)數(shù)、每個(gè)所述神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)的激活函數(shù)；

9、通過訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)所述前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，優(yōu)化輸入層與隱藏層之間、各隱藏層之間、隱藏層與輸出層之間的權(quán)重參數(shù)，以及優(yōu)化各神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)和輸出神經(jīng)元的偏置參數(shù)。

10、作為一種制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)方法的優(yōu)選方案，設(shè)置所述隱藏層為兩層，每層所述隱藏層的神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)數(shù)為10，輸入層與第一隱藏層之間的激活函數(shù)采用relu，位于第一隱藏層的輸出：

11、h1＝relu(w1·x+b1)＝max(0,w1·x+b1)?(1)

12、其中，輸入向量x為特征變量向量，x＝{dg、l1、l2、f、t、dm、wh、t、v}；

13、兩層隱藏層之間的激活函數(shù)采用relu，位于第二隱藏層的輸出：

14、h2＝relu(w2·h1+b2)＝max(0,w2·h1+b2)?(2)

15、將式(1)帶入式(2)，得到：

16、h2＝max(0，w2·max(0,w1·x+b1)+b2)?(3)

17、第二隱藏層與輸出層之間的激活函數(shù)采用linear，得到所述輸出層的輸出：

18、y＝linear(w3·h2+b3)＝w3·h2+b3?(4)

19、將式(3)帶入式(4)中，得到：

20、y＝w3·max(0,w2·max(0,w1·x+b1)+b2)+b3?(5)

21、其中，w1為輸入層與隱藏層之間的權(quán)重參數(shù)，w1為10×9的矩陣，b1為第一隱藏層的神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)的偏置參數(shù)，b1為10×1的矩陣，w2為兩層隱藏層之間的權(quán)重參數(shù)，w2為10×10的矩陣，b2為第二隱藏層的神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)的偏置參數(shù)，b2為10×1的矩陣，w3為第二隱藏層與輸出層之間的權(quán)重參數(shù)，w3為1×10的矩陣，b3為輸出神經(jīng)元的偏置參數(shù)，b3為標(biāo)量。

22、作為一種制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)方法的優(yōu)選方案，獲取訓(xùn)練數(shù)據(jù)集包括采用有限元模型獲取特征變量與縮松缺陷體積y的映射關(guān)系：

23、對(duì)制動(dòng)鼓工件和澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的尺寸進(jìn)行簡(jiǎn)化，采用不同的特征變量對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化描述，根據(jù)不同的特征變量建立多個(gè)不同的制動(dòng)鼓工件和澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的參數(shù)化三維模型；

24、設(shè)置模擬邊界條件；

25、對(duì)不同的參數(shù)化三維模型進(jìn)行計(jì)算和后處理，得到每個(gè)參數(shù)化三維模型對(duì)應(yīng)的縮松缺陷體積。

26、作為一種制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)方法的優(yōu)選方案，在獲取訓(xùn)練數(shù)據(jù)集前，還包括以下步驟：

27、選取若干個(gè)制造完成的制動(dòng)鼓工件，每個(gè)所述制動(dòng)鼓工件具有對(duì)應(yīng)的特征變量，對(duì)每個(gè)所述制動(dòng)鼓工件進(jìn)行x射線探傷測(cè)試，獲得每個(gè)所述制動(dòng)鼓工件對(duì)應(yīng)的第一實(shí)際縮松缺陷體積；

28、采用有限元模型獲得每個(gè)所述制動(dòng)鼓工件對(duì)應(yīng)的第一預(yù)測(cè)縮松缺陷體積；

29、比較所述第一實(shí)際縮松缺陷體積和所述第一預(yù)測(cè)縮松缺陷體積的誤差，若所述誤差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，采用所述有限元模型計(jì)算得到所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。

30、作為一種制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)方法的優(yōu)選方案，獲得制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)模型后還包括對(duì)所述預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，包括以下步驟：

31、選取若干個(gè)制造完成的制動(dòng)鼓工件，每個(gè)所述制動(dòng)鼓工件具有對(duì)應(yīng)的特征變量，對(duì)每個(gè)所述制動(dòng)鼓工件進(jìn)行x射線探傷測(cè)試，獲得每個(gè)所述制動(dòng)鼓工件對(duì)應(yīng)的第二實(shí)際縮松缺陷體積；

32、將每個(gè)所述制動(dòng)鼓工件對(duì)應(yīng)的所述特征變量帶入所述預(yù)測(cè)模型中，得到每個(gè)所述制動(dòng)鼓工件的第二預(yù)測(cè)縮松缺陷體積；

33、根據(jù)所述第二實(shí)際縮松缺陷體積和所述第二預(yù)測(cè)縮松缺陷體積計(jì)算所述預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)誤差。

34、作為一種制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)方法的優(yōu)選方案，dg的取值范圍為320-500mm，l1的取值范圍為140-250mm，l2的取值范圍為55-117mm，f的取值范圍為40-65mm，t的取值范圍為10-30mm，dm的取值范圍為40-60mm，wh的取值范圍為20-30mm，t的取值范圍為1350-1450℃，v的取值范圍為2-4kg/s。

35、一種制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：

36、輸入模塊，用于輸入制動(dòng)鼓尺寸變量和多個(gè)工藝參數(shù)變量；

37、計(jì)算模塊，用于接收所述輸入模塊輸入的制動(dòng)鼓尺寸變量和多個(gè)工藝參數(shù)變量，并計(jì)算每個(gè)工藝參數(shù)變量對(duì)應(yīng)的縮松缺陷體積y；

38、比較模塊，用于比較不同工藝參數(shù)變量對(duì)應(yīng)的縮松缺陷體積y，并輸出最小縮松缺陷體積y對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)變量。

39、本發(fā)明的有益效果為：

40、本發(fā)明提供一種制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)方法，通過采用數(shù)據(jù)訓(xùn)練集對(duì)前饋式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練得到預(yù)測(cè)模型，當(dāng)需要對(duì)不同尺寸的制動(dòng)鼓工件鑄造時(shí)，根據(jù)預(yù)測(cè)模型即可獲得較優(yōu)的工藝參數(shù)，從而便于直接根據(jù)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，無(wú)需反復(fù)進(jìn)行數(shù)值模擬或試驗(yàn)的試錯(cuò)優(yōu)化，節(jié)省設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)間和成本，提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率。

41、本發(fā)明還提供一種制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)系統(tǒng)，該制動(dòng)鼓鑄造工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)系統(tǒng)包括輸入模塊、計(jì)算模塊和比較模塊，在對(duì)制動(dòng)鼓工件缺乏現(xiàn)有的澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行新的澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，只需將制動(dòng)鼓工件的制動(dòng)鼓尺寸變量輸入至該預(yù)測(cè)系統(tǒng)中，即可獲得較優(yōu)的工藝參數(shù)，根據(jù)該工藝參數(shù)即可直接設(shè)計(jì)新的澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，無(wú)需反復(fù)進(jìn)行數(shù)值模擬或試驗(yàn)的試錯(cuò)優(yōu)化，節(jié)省設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)間和成本，提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率。