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世界软件工程大会

冷弯成形设计与仿真软件体系结构

Cai Liu Lidong马

机械工程学院

燕山大学

中国河北省秦皇岛

mareton@sina.com

Guochang李

经济管理学院

河北科技大学

中国河北省石家庄市

lgckdjg@163.com

摘要

由于分析的技术难点并对冷滚压成形的要求进行了分析，介绍了冷弯成形协同设计系统

物理四层结构的冷弯辊压成形系统。然后是a的结构基于多智能体的协同设计系统

介绍了如何定义所有的代理建筑细节。代理与每个代理通信使用XML技术。在此基础上，建立了原型机系统采用JavaEE环境开发。客户和设计人员可以通过以下方式访问系统

互联网，客户输入产品参数，设计人员设计轧辊，并编制了仿真程序模拟设计参数来决定是否参数合理，并发出反馈信息给设计师。所有数据都存储在数据库中以便携带

提供数据挖掘和智能支持。最后通过Acase的研究进行了验证使用这个多智能体系统的过程

1. 介绍

近年来，协同设计的研究技术得到了深入的研究，达到了实际需求，以及网络技术

提供了一种方便的信息交换方式在不同的部门和公司之间。基于web的协同设计系统

研发已成为研究和开发的热点滚压成形是一种连续的金属成形工艺由一组旋转的异型轧辊完成。Rollforming工具设计是非常主观的很少有设计规则被广泛认可。每一个设计很大程度上是基于所获得的知识从以前的设计工作中涉及到类似的部分几何学。因此，设计过程往往

变成了一个经验练习。轧辊在车间使用试错程序进行测试，这可能涉及轧辊型材的修改，或制造更多的轧辊。因此，轧辊的设计过程变得昂贵和耗时。一个可行的解决方案是使用虚拟程序模拟轧制过程。我们可以得到设计参数是否合适的结果，或得到改善。这里涉及到终端产品的客户、轧辊设计工程师、结构工程师和项目经理。结合这些特点，提出了一种基于协同设计技术的集成客户需求的专用系统，设计工程师经验，运用现代数学进行反馈具有丰富的仿真技术和知识库经验。提高了轧辊的设计质量和效率，降低了成本。

近十年来，研究人员对冷轧成形进行了深入的研究，但它们大多只重视轧制过程Heislitz,弗兰克[1]开发了一种三维有限元方法代码来模拟滚压成形过程，该程序可以预测金属板的应力分布和几何成形。深色[2]模拟成形过程withcombined 2 d和3 d的方法,HanZhiWu,

,刘Cai[3-5]分析了沟槽段、ERW管和带外缘沟槽段的成形过程，并对成形参数的变化给出了详细的说明，张乐乐[6]利用OpenGL图形库，用样条有限条法(SFSM)模拟了复杂截面成形过程，韩志武实现了[7]的集成系统的数值模拟和轧辊孔型CAD冷滚压成形，但它由两个独立的部分组成，而不是互相联系。而最大的缺点是系统无法工作分布式环境和使用不是很方便。

随着分布式人工智能的研究和分布式环境的广泛应用，多智能体理论和技术得到了发展.为分布式开放系统的分析、设计和实现提供了一种新的思路。多智能体用于解决单智能体无法解决的问题，提高了解决[8]问题的效率。在此基础上，提出了一种智能冷弯成形的分布式体系结构提出了一种能很好地满足需求的多智能体。

1. 冷轧辊成形协同设计实现的关键问题

协同设计平台是一个空间分布的群体协同工作平台。它是一个支持企业不同部门或不同企业之间信息交流和共享的环境。由于冷轧成形与一般机械设计的不同，冷轧成形协同设计在实现[9]系统时面临以下技术问题。(1)交互性和实时性。冷滚成形协同设计是一门复杂的信息交换和资源调度的课程。它的运行过程是“人”——“计算机”——“人”之间频繁而大规模的交流与沟通过程。它必须给出不同的用户界面和信息处理方法来满足对人和电脑的要求不同。同时，冷滚成形协同系统是一种群体协作系统。为了合作完成共同的目标，小组的所有成员都应该感知小组的存在和活动。因此，coldroll-协同系统(尤其是同步系统)必须支持双向数据通道来实现“所见即所得”。并选择合理的信息交换方法和网络负载均衡。

1. 融合开放。冷滚成形协同设计平台是一个统一的平台一起工作，以应付多学科、多人员、多任务，多功能的需求，它不仅需要加入网络技术，通信技术，分布式计算技术，数据库技术也是一系列相关的工具和知识到整个系统，它应该是开放的，以满足多任务的冷成型协同设计活动，多功能要求，冷成型协同设计系统应该是开放的，灵活性和适应性，也就是说，能够跨平台，跨网络支持多种硬件和软件平台，并根据不同的应用和不同的客户需求，(例如,减少功能、知识的扩展等)。
2. 多样性和动态性。冷轧辊是生产各种工业产品的设备。参与冷弯成形产品开发的人员包括客户、公司经理、工程师和供应商。他们有不同的知识背景，负责不同的方面，此外，公司和客户之间的关系，公司不同部门之间的关系，而企业与供应商之间的关系都是暂时的，并且会随着项目的发展而变化。
3. 安全性和可靠性。在协同设计过程中，空间分布式设计人员必须进行协同设计

通过互联网感知整个群体的活动，不可避免地会有大量的信息传输(尤其是轧机装配模型是一个巨大的信息量)互联网本身具有开放性和不稳定性，因此，它必须从两个方面(软件环境和确保企业静态信息存储和动态信息传输的安全性和可靠性。

1. 基于web的冷滚成形协同系统的功能需求与体系结构

3.1。功能需求

冷弯成形协同设计系统是一个复杂的系统，它与客户，冷成型公司和供应商，以及其他相关公司。它的内容涉及材料、力学、数学、结构设计和计算机网络等许多学科。此外，它还为不同的客户提供集中、统一、独立的服务协调人员及不同阶段的设计，它还需要适应跨平台、跨地域的协同设计需求。我们可以构建一个灵活、开放的冷轧成形协同设计系统，该系统应具备以下功能[10]:

1. 多层应用程序。系统集成的信息服务对象具有多样性，它可以是bean应用系统(或系统的某些模块)或adesigner，也可以是客户。因此，在保证信息一致性的前提下，应用程序应具有多层次的属性。
2. 工艺柔性冷弯成形设计是一个复杂的迭代过程，顾客的要求经常变化。因此，系统的设计过程需要很强的灵活性。在这种情况下，我们可以充分和最优地利用各种有限的资源，实现资源的最大化资源利用率。
3. 信息安全。协同设计的基础是信息共享。但是，在竞争激烈的现代社会，对于商业来说，信息(尤其是核心信息)意味着技术和竞争优势。因此，设计系统需要有良好的安全防范措施，以保证企业之间信息的安全在冷成形协同设计体系结构中，根据需求层次和轧机协同设计的集成需求，将人员分为协同部分和集成开发团队。协同工作人员主要由客户、管理者及相关企业员工等组成，他们通过基于web的界面获取微信息、查询信息、浏览产品工作，集成开发团队由设计冷轧辊组、模拟轧制过程等相关人员组成。该系统由四层组成，从内部到外部都是信息共享层(Web服务器)、访问控制层(Web服务器)、应用程序层(设计服务器和仿真服务器)和数据层。信息共享层为协作人员提供了存储和共享空间变化信息;访问控制层提供了信息访问控制机制，以保持信息的一致性和确保及时性;应用层为设计人员和仿真人员提供通道;数据层存储设计和仿真结果，支持数据挖掘和仿真人工智能
4. 的鲁棒性。首先，系统在groupenvironment中工作，因此必须是稳定的，以确保设计的良好执行。其次，系统需要集成各种工具的功能(通讯、运输工具等)，以促进资讯交流之间的协调
5. 可扩展性。系统必须具有良好的通用接口，能够方便地添加新功能、工具和知识，以适应技术和系统升级。在冷成形协同设计体系结构中，根据需求层次的集成需求和轧机的协同设计，将人员分为协同部分和集成开发团队。协同工作人员主要由客户、管理者及相关企业员工等组成，他们通过基于web的界面获取微信息、查询信息、浏览产品工作，集成开发团队由设计冷轧辊组、模拟轧制过程等相关人员组成。该系统由四层组成，从内部到外部都是信息共享层(Web服务器)、访问控制层(Web服务器)、应用程序层(设计服务器和仿真服务器)和数据层。信息共享层为协作人员提供了存储和共享空间变化信息;访问控制层提供了信息访问控制机制，以保持信息的一致性和确保及时性;应用层为设计人员和仿真人员提供通道;数据层存储设计和仿真结果，支持数据挖掘和仿真人工智能
6. 图2多智能体系统的体系结构

应用多智能体理论实现了冷轧成形协同系统;消息可以从一个传送到另一个。图2是多代理系统的体系结构，基于物理创建六个代理和两个中介结构。分布式多智能体系统可以通过Internet很好地工作。该系统由公共服务代理(CSA)、产品描述代理(production description agent)组成(PDA)、roll pass design agent (RPDA)、artificial intelligence agent (AIA)、simulation agent (SA)、knowledge management agent (KMA)。这些代理通过Internet相互连接，并且可以自动地相互通信。每个代理都是一个实体，每个代理都有自己的功能。支持两个额外的外部接口，用户中介(UM)和设计中介(DM)。用户通过UM输入产品参数，设计师或产品工程师通过DM输入设计参数。公共服务代理(CSA)是系统的主要代理，作为服务器端的服务代理。CSA在代理和find之间进行协调和CSA存储其他代理的全局数据。可以看出，所有的数据都要发送到CSA，经过分析，给出了结果对其他代理或用户。

用户中介(UM)是一个用户界面，在本研究中UM是一个JSP (java server pages)页面。用户可以通过互联网在世界各地使用该页面。

用户输入产品参数，如产品类型(通道)产品参数(宽度、高、半径等)、材料参数及是否需要的标志智能帮助通过客户端浏览。

产品描述代理(PDA)。要设计一个轧辊，必须清楚地描述产品。产品参数封装在这里，所有相关产品参数计算在这里。用所有数据绘制产品是很容易的。然后根据是否需要智能帮助的标志将数据发送到AIA或RPDA

轧辊孔型设计代理(RPDA)是该系统的重要代理，它给出了轧辊的花形、成形角度、轧辊的物理参数等。RPDA获取UM传递的参数。在这些参数中，有一个重要的标志来标识是否需要人工智能的帮助。如果该标志为真，RPDA将直接向AIA、getsdata发送与这些产品参数相关的请求，并反馈结果，结果与人脑搜索信息类似。果标识为假，则系统必须从DM中获取成形角、轧辊布置、轧辊物理参数等设计参数。由于最优原则，获取知识仍然是必要的，因此RPDA再次向AIA发送请求，以获取有用的经验和知识。一些将被其他代理读取的全局参数被发送到CSA。

人工智能代理(AIA)。就像人脑一样，支持智能帮助。如果产品以前设计过，直接从内存中搜索结果，否则从头计算。在设计过程中充分运用经验知识。AIA还包含人工神经网络、模糊逻辑、专家系统等子模块。在目前的研究中，主要是AIA运用已有的经验知识。知识以数据的形式存储在数据库中，系统通过KMA从数据库中获取知识。

知识管理代理(KMA)。在设计过程中，系统通过KMA获取知识和经验。KMA可以作为服务使用;它的功能是从数据库中获取数据以辅助AIA，并将新实验的结果存储到知识库中。因此，KMA可以独立开发和研究。

设计中介(DM)。系统提供了两个外部接口，一个是上面的UM，另一个是DM, UM负责产品的输入，DM是设计阶段使用的接口。设计工程师从该界面登录系统，然后设计轧辊孔型。DM采用java applet实现，具有实时性强的特点。它比使用JSP好。类似的数据也显示在包含applet的页面上。数据由KMA通过CSA提供。设计完成后，需要用SA对设计数据进行仿真。有一个参数决定了从DM发送到SA所需的仿真深度，也就是说，这个参数决定了要分割多少条带状和样条。它决定了仿真周期。

模拟Agent (SA)的每一个设计都很大程度上依赖于以往设计工作中涉及到相似截面几何形状的知识收集器。实际实验是为了开发新产品，一旦在某个地方不合适，卷纸就会被复制。数值模拟是一个很好的解决方案。首先用数值模拟函数对轧辊进行了数值模拟。它不仅可以降低成本，而且改善设计。本文采用最新的样条有限条法(SFSM)数值模拟系统。

代理沟通。利用XML技术实现了通信。XML广泛用于定义与设备无关、与系统无关的存储和处理电子文本的方法，它提供了一种分布式、跨平台的数据传输。XML代表可扩展标记语言(可扩展标记语言缩写，意为可扩展标记语言)。XML最初是为了迎接大规模电子出版的挑战而设计的，在Web和其他地方交换各种各样的数据方面，它也发挥着越来越重要的作用。

1. 案例研究

冷轧钢产品的设计一直是一个复杂的问题。section有几种类型。简单型钢包括管道、槽钢等，复杂型钢包括外沿槽钢、非对称型钢和复杂型钢。本文设计了一个通道截面。产品参数如表1所示。登录系统后，将显示一个名为product.jsp的JSP页面。首先输入产品参数，包含尺寸参数、材料参数和智能标志。然后将参数发送到PDA。通过PDA分析，得到了完整的通道断面描述。通道截面是一个简单的截面;它不需要太多的计算。取消选中“智能标志”复选框。所有这些数据都被发送到CSA。设计工程师在系统中登录，然后下载一个DM应用程序进行设计。jsp，输入产品设计参数(包含轧辊布置、成型角度分布、轧辊物理参数等)进行设计。然后将数据发送到RPDA。计算结果显示在应用

资料编号：[4839]