专利名称：一种基于计算机技术的焊接接头力学性能预测的界面系统方法
一种基于计算机技术的焊接接头力学性能预测的界面系统
方法本发明涉及的是一种焊接接头力学性能预测方法，特别是一种基于计算机技术的 焊接接头力学性能预测的界面系统方法。由于影响焊接接头力学性能的工艺参数众多，每种重要参数的改变，如预热温度、 热处理温度、焊接线能量超出规定的范围，都要进行焊接工艺评定试验；而从焊接工艺拟 定、焊接工艺试验到焊接接头力学性能的测试，焊接工艺评定工作涉及工厂中的几个部门； 同时要投入大量的人力、物力和财力，完成这些工作，不仅耗资巨大，而且周期长，经常出现 延误生产的现象。为了解决这个问题，长久以来，焊接接头的力学性能的准确预测成为人们研究的 难点；人们利用模糊数学、多元回归及人工智能专家系统等技术，尝试着进行焊接工艺评 定.希望可以代替常规的工艺评定试验；特别是近年来，获得迅速发展的人工神经网络 (ArtificialNeural Networks,ANN)技术，可以处理任意复杂的多元非线性关系，使比较准 确地进行焊接工艺计算机辅助评定成为可能。虽然国内外已经取得大量的研究成果，但是还没有能够准确预测焊接接头力学性 能且简单易操作的预测系统；本发明训练出大量常用合金钢焊接接头力学性能预测模型， 并在此基础上设计了焊接接头力学性能预测系统，把所有训练好的模型存入数据库，整合 在一起方便管理；同时，简化了预测性能的操作过程，比较直观的显示出模型各输入参数的 影响趋势。本发明的目的是克服上述缺点和满足人们需求，提供采用误差反向传播算法训练 出常用合金钢焊接接头力学性能预测模型；训练好的人工神经网络组合模型可以导入到焊 接接头力学性能预测界面系统，进行常用合金钢焊接接头的力学性能预测，从而指导焊接 工艺的制定，减少焊接工艺评定实验的人力物力投入，一种基于计算机技术的焊接接头力 学性能预测的界面系统方法。为了实现上述目的，一种基于计算机技术的焊接接头力学性能预测的界面系统方 法，其特征在于采用误差反向传播算法训练出常用合金钢焊接接头力学性能预测模型，训 练好的人工神经网络模型可以导入到焊接接头力学性能预测界面系统，进行常用合金钢焊 接接头的力学性能预测，基于计算机技术的焊接接头力学性能预测的界面系统方法如下(1)模型的管理维护(1. 1)添加模型由焊接接头构成的神经元网络模型保存在一个文件夹中，该文件夹包含一些用来 定义模型的输入参数和输入参数范围的文件及该神经元网络模型的权值、偏差、隐藏单元数、子模型数，当用神经元网络模型来进行预测时，必须从这些文件中读取出数据，当系统 需要使用新的模型进行预测时，用户可以自己添加新模型；(1.2)删除模型当用户认为有些模型不再需要或由新的模型替代时，就可以把这些模型删除；(2)力学性能预测(2.1)性能预测模块当用户进行性能预测的时，只需直接在参数输入区域输入每个参数的输入值，其 中打钩的参数是要求用户一定要输入；预测计算子模块就从参数输入模块中获取模型预 测所需要的参数，并形成预测文件，调用模型访问预测文件，进行性能预测，并将结果保存 到结果文件中，根据结果文件更新结果显示区域各个控件的值，显示出预测结果，包括预测 值、误差、最大值和最小值；(2. 2)单个变量分析模块单个变量分析模块会将要分析的变量在其取值范围内，按一定步长变化生成一系 列值，其他变量取默认值，通过预测可以画出该变量对预测结果的影响趋势图；(3)数据的保存和查看(3. 1)数据存储模块和数据浏览模块当用户进行完一次性能预测后，点击主界面的保存按钮，数据存储模块就会将用 户输入的各个参数值、系统预测值和其他一些必要信息存储到数据库相应的表中；当用户 点击浏览按钮时，数据浏览模块就会以列表的形式显示出已保持的数据，用户可以选择其 中一条数据，点击确定，全部数据将在参数输入区域显示出来，用户也可以点击删除按钮， 删除不需要的数据；(3. 2)打印模块打印模块会根据用户输入的各个参数值和系统的预测值生成一份焊接工艺指导 书，同时提供了打印和打印预览该焊接工艺指导书的功能；人工神经网络训练是在Unix系统下进行的，焊接接头力学性能预测系统是在 Windows系统下进行的；所述的添加模型模块，当新的模型被添加到系统中，系统自动在数据库中添加一 个与新模型名字相同的表，将模型中的输入参数和输出参数的预测值、误差、最小值和最大 值作为字段；同时系统将参数范围文件中的输入参数的最大最小值写入新的单模型信息表 中，系统再在模型信息总表中添加一个新的记录存储新添加模型的焊接方法，焊接材料，性 能指标，模型地址和备注等信息；所述的删除模型模块，删除模型指的是把模型从模型列表中删除，同时把与模型 相关的数据库中的表删除，但不会删除计算机上原有的模型的文件，用户还可以根据需要 再把这些模型重新添加使用。本发明同现有的技术相比，利用人工神经网络技术，可以处理任意复杂的多元非 线性关系，并且具有计算速度快，使比较准确地进行焊接工艺计算机辅助评定；可以在计算 机进行焊接模拟，得出最佳的焊接工艺参数，提高焊接产品的合格率；实现了焊接接头力学 性能预测的界面系统，功能全面，包括模型的管理和维护、力学性能预测和数据的保存和 查看三个基本模块；减少了焊接工艺评定实验的资金投入，提高了生产效率，一定程度上避免了焊接生产过程中的延误现象。 [
]图1为本发明的人工神经网络映射关系图；图2为本发明的人工神经网络拓扑结构图；图3为本发明的焊接接头力学性能预测界面系统的主界面图；图4为本发明的焊接接头力学性能预测界面系统的功能模块图；图5为本发明的添加和删除模型模块与数据库交互结构关系图。下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步详细的描述。基于计算机技术的焊接接头力学性能预测的界面系统如下(1)模型的管理维护由于焊接方法的多样性，导致产生的模型更是多种多样，而且随着新的模型的不 断产生，为了方便对模型的管理更新，本系统实现了添加删除模型的功能；(1. 1)添加模型由神经元网络产生的模型保存在一个文件夹中，该文件夹包含一些用来定义模型 的输入参数和输入参数范围的文件及该神经元网络模型的权值、偏差、隐藏单元数、子模型 数等；当用神经元网络模型来进行预测时，必须从这些文件中读取出数据；当系统需要使用新的模型进行预测时，用户可以自己添加新模型；点击浏览找到 要添加的模型所在的文件夹，同时在相应的地方输入模型焊接方法、焊接材料、所测试的力 学性能以及对模型的说明，就可以将新模型添加到模型列表中；添加模型窗口在加载之前， 会先搜索数据库中所有模型，把所有已经存在的焊接方法、焊接材料、所测试的力学性能加 载到相应的下拉菜单中；用户在添加新的模型时可以自己输入新的焊接方法、焊接材料、所 测试的力学性能，也可以从下拉菜单中选取已经存在的焊接方法、焊接材料、所测试的力学 性能；模型的名字为模型焊接方法、焊接材料、所测试的力学性能名字合在一起；当模型名 称与已存在模型名称重复时，系统会提示用户，是否用新模型覆盖已有的模型，还是更改模 型名称；当新的模型被添加到系统中，系统首先自动在数据库中添加一个与新模型名字相 同的表，将模型中的输入参数和输出参数的预测值、误差、最小值和最大值作为字段；同时， 系统将参数范围文件中的输入参数的最大最小值写入新的单模型信息表中；其次系统在模 型信息总表中添加一个新的记录存储新添加模型的焊接方法、焊接材料、性能指标、模型地 址和备注等信息；(1.2)删除模型当用户认为有些模型不再需要或由新的模型代替时，就可以把这些模型删除；本 文中的删除指的是把模型从模型列表中删除，同时把与模型相关的数据库中的表删除，但 不会删除计算机上原有的模型的文件，用户还可以根据需要再把这些模型重新添加使用；有了这些添加删除的功能后，不管用户有多少模型，也不必考虑每个模型的输入 变量有哪些，更不用担心模型的更新问题，只要在系统中简单的添加或删除，模型就可以使用；(2)力学性能预测当模型添加后，用户就可以用来进行力学性能预测，由于模型相互是独立的，每个 模型的输入参数都可能不同，所以每次只能选择一个模型进行预测；性能预测模块包括这 些功能数据输入、力学性能预测、显示输出结果、保存数据和数据分析；(2. 1)性能预测模块用户在左侧模型列表中双击选择要用的模型，参数输入子模块会读取数据库模型 相应的信息，包括模型地址，输入参数，参数范围等等，根据读取的信息，中间的参数输入区 域就会以类似于工艺评定报告的形式显示出相应的模型参数列表；当用户进行性能预测的 时，只需直接在参数输入区域输入每种参数的输入值，其中打钩的参数是要求用户一定要 输入；预测计算子模块就是从参数输入模块中获取模型预测所需要的参数，并形成预测 文件，调用模型访问预测文件，进行性能预测，将结果保存到结果文件中，根据结果文件，更 新结果显示区域各个控件的值，显示出预测结果，包括预测值，误差，最大值，最小值等；性能预测模块的目的在于使模型能够在Windows系统下进行预测；(2. 2)单个变量分析模块模型预测完后，不仅可以知道预测值，还可以分析每种参数对输出结果的影响方 式；单个变量分析模块会将要分析的变量在其取值范围内，按一定步长变化生成一系列值， 其他变量取默认值，这样通过预测就可以画出该变量对预测结果的影响趋势图；(3)数据的保存和查看本系统可以将用户预测好的数据保存在数据库中，方便用户以后查阅和打印；系 统该部分功能模块主要包括数据存储模块，数据浏览模块和打印模块等；(3. 1)数据存储模块和数据浏览模块当用户进行完一次性能预测后，点击主界面的保存按钮，数据存储模块就会将用 户输入的各个参数值，系统预测值和其他一些必要信息存储到数据库相应的表中；当用户 点击浏览按钮时，数据浏览模块就会以列表的形式显示出已保持的数据，用户可以选择其 中一条数据，点击确定，全部数据将在参数输入区域显示出来；用户也可以点击删除按钮， 删除不需要的数据；(3. 2)打印模块为了实际需要，本系统还设计了打印和打印预览功能；打印模块会根据用户输入 的各个参数值和系统的预测值生成一份焊接工艺指导书，同时提供了打印和打印预览该焊 接工艺指导书的功能；在训练好常用合金钢焊接接头力学性能人工神经网络预测模型的基础上，综合运 用计算机数据库技术和可视化界面编程技术开发了焊接接头力学性能预测的界面系统。力学性能人工神经网络模型的输入层采用以下焊接工艺参数焊接电流160A 220A、焊接电压20V 26V、焊接速度设有快速或慢速和预热温度为室温 300°C，输出层采 用以下基本焊接接头力学性能指标抗拉强度474. 8N/mm2 550. 6N/mm2、屈服强度340. 5N/ mm2 385. 8N/mm2、断面收缩率27. 70%和延伸率12% 44%。当系统需要使用新的模型进行预测时，用户可以自己添加新模型；点击浏览找到要添加的模型所在的文件夹，同时在相应的地方输入模型焊接方法、焊接材料、所测试的力 学性能以及对模型的说明，就可以将新模型添加到模型列表中；添加模型窗口在加载之前， 会先搜索数据库中所有模型，把所有已经存在的焊接方法、焊接材料、所测试的力学性能加 载到相应的下拉菜单中；用户在添加新的模型时可以自己输入新的焊接方法、焊接材料、所 测试的力学性能，也可以从下拉菜单中选取已经存在的焊接方法、焊接材料、所测试的力学 性能；模型的名字为模型焊接方法、焊接材料、所测试的力学性能名字合在一起；当模型名 称与已存在模型名称重复时，系统会提示用户，是否用新模型覆盖已有的模型，还是更改模 型名称。当新的模型被添加到系统中，系统首先自动在数据库中添加一个与新模型名字相 同的表，将模型中的输入参数和输出参数的预测值、误差、最小值、最大值作为字段；同时， 系统将参数范围文件中的输入参数的最大最小值写入新的单模型信息表中；其次系统在模 型信息总表中添加一个新的记录存储新添加模型的焊接方法，焊接材料，性能指标，模型地 址，备注等信息。当用户认为模型不再需要或由新的模型代替时，就把这些模型删除；点击删除按 钮模型就从模型列表中删除，同时把与模型相关的数据库中的表删除，但不会删除计算机 上原有的模型的文件，用户还可以根据需要再把这些模型重新添加。当模型添加后，用户就可以用来进行力学性能预测，由于模型相互是独立的，每个 模型的输入参数都可能不同，所以每次只能选择一个模型进行预测。用户在模型列表中双击选择要用的模型，参数输入子模块会读取数据库模型相应 的信息，包括模型地址，输入参数，参数范围等等，根据读取的信息，参数输入区域就会以类 似于工艺评定报告的形式显示出相应的模型参数列表；当用户进行性能预测的时，只需直 接在参数输入区域输入每种参数的输入值，其中打钩的参数是要求用户一定要输入。预测计算子模块就是从参数输入模块中获取模型预测所需要的参数，并形成预测 文件，调用模型访问预测文件，进行性能预测，将结果保存到结果文件中，根据结果文件，更 新结果显示区域各个控件的值，显示出预测结果，包括预测值，误差，最大值，最小值等。模型预测完后，还可以分析每种参数对输出结果的影响方式；单个变量分析模块 会将要分析的变量在其取值范围内，按一定步长变化生成一系列值，其他变量取默认值，这 样就画出该变量对预测结果的影响趋势图。当用户进行完一次性能预测后，点击主界面的保存按钮，数据存储模块就会将用 户输入的各个参数值，系统预测值和其他一些必要信息存储到数据库相应的表中；点击浏 览按钮时，数据浏览模块就会以列表的形式显示出已保持的数据，用户可以选择其中一条 数据，点击确定，全部数据将在参数输入区域显示出来；点击删除按钮，删除不需要的数据。打印模块会根据用户输入的各个参数值和系统的预测值生成一份焊接工艺指导 书，同时提供了打印和打印预览该焊接工艺指导书的功能。
权利要求
一种基于计算机技术的焊接接头力学性能预测的界面系统方法，其特征在于采用误差反向传播算法训练出常用合金钢焊接接头力学性能预测模型，训练好的人工神经网络模型可以导入到焊接接头力学性能预测界面系统，进行常用合金钢焊接接头的力学性能预测，基于计算机技术的焊接接头力学性能预测的界面系统方法如下(1)模型的管理维护(1.1)添加模型由焊接接头构成的神经元网络模型保存在一个文件夹中，该文件夹包含一些用来定义模型的输入参数和输入参数范围的文件及该神经元网络模型的权值、偏差、隐藏单元数、子模型数，当用神经元网络模型来进行预测时，必须从这些文件中读取出数据，当系统需要使用新的模型进行预测时，用户可以自己添加新模型；(1.2)删除模型当用户认为有些模型不再需要或由新的模型替代时，就可以把这些模型删除；(2)力学性能预测(2.1)性能预测模块当用户进行性能预测的时，只需直接在参数输入区域输入每个参数的输入值，其中打钩的参数是要求用户一定要输入；预测计算子模块就从参数输入模块中获取模型预测所需要的参数，并形成预测文件，调用模型访问预测文件，进行性能预测，并将结果保存到结果文件中，根据结果文件更新结果显示区域各个控件的值，显示出预测结果，包括预测值、误差、最大值和最小值；(2.2)单个变量分析模块单个变量分析模块会将要分析的变量在其取值范围内，按一定步长变化生成一系列值，其他变量取默认值，通过预测可以画出该变量对预测结果的影响趋势图；(3)数据的保存和查看(3.1)数据存储模块和数据浏览模块当用户进行完一次性能预测后，点击主界面的保存按钮，数据存储模块就会将用户输入的各个参数值、系统预测值和其他一些必要信息存储到数据库相应的表中；当用户点击浏览按钮时，数据浏览模块就会以列表的形式显示出已保持的数据，用户可以选择其中一条数据，点击确定，全部数据将在参数输入区域显示出来，用户也可以点击删除按钮，删除不需要的数据；(3.2)打印模块打印模块会根据用户输入的各个参数值和系统的预测值生成一份焊接工艺指导书，同时提供了打印和打印预览该焊接工艺指导书的功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于计算机技术的焊接接头力学性能预测的界面系统 方法，其特征在于人工神经网络训练是在Unix系统下进行的，焊接接头力学性能预测系 统是在Windows系统下进行的。
3.根据权利要求1所述的一种基于计算机技术的焊接接头力学性能预测的界面系统 方法，其特征在于所述的添加模型模块，当新的模型被添加到系统中，系统自动在数据库 中添加一个与新模型名字相同的表，将模型中的输入参数和输出参数的预测值、误差、最小 值和最大值作为字段；同时系统将参数范围文件中的输入参数的最大最小值写入新的单模型信息表中，系统再在模型信息总表中添加一个新的记录存储新添加模型的焊接方法，焊 接材料，性能指标，模型地址和备注等信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于计算机技术的焊接接头力学性能预测的界面系统 方法，其特征在于所述的删除模型模块，删除模型指的是把模型从模型列表中删除，同时 把与模型相关的数据库中的表删除，但不会删除计算机上原有的模型的文件，用户还可以 根据需要再把这些模型重新添加使用。
全文摘要
本发明涉及的是一种焊接接头力学性能预测方法，特别是一种基于计算机技术的焊接接头力学性能预测的界面系统方法。一种基于计算机技术的焊接接头力学性能预测的界面系统方法，其特征在于采用误差反向传播算法训练出常用合金钢焊接接头力学性能预测模型，训练好的人工神经网络模型可以导入到焊接接头力学性能预测界面系统，进行常用合金钢焊接接头的力学性能预测。本发明同现有的技术相比，提高焊接产品的合格率；实现了焊接接头力学性能预测的界面系统，功能全面，包括模型的管理和维护、力学性能预测和数据的保存和查看三个基本模块；减少了焊接工艺评定实验的资金投入，提高了生产效率，一定程度上避免了焊接生产过程中的延误现象。
文档编号G06F17/50GK101882176SQ20101019552
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者丁惠嘉, 叶伟钊, 罗凡, 薛季爱, 顾福明, 魏艳红 申请人:南京航空航天大学