[发明专利]一种基于数字孪生的熔铸装药成型工艺参数优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于数字孪生的熔铸装药成型工艺参数优化方法及系统，方法包括：通过基于CART回归树的GBRT算法对熔铸装药成型工艺参数与成型质量优化目标进行非线性耦合预测；对选定的成型工艺参数和成型质量优化目标，根据数字孪生数据采集感知技术采集的相关数据，在耦合预测模型基础上，采用多目标智能优化算法进行寻优，获得局部最优解集；采用智能决策分析方法对局部最优解集进行量化评价，输出全局最优的成型工艺参数；验证全局最优成型工艺参数的准确性，并将数据传输到实体生产设备中。本发明解决了传统成型工艺参数设定方法中存在的参数设定成本高、效率低、周期长等问题，提升了熔铸装药成型质量的一致性和装药效率。

技术领域

本发明涉及含能药装药生产领域，具体涉及一种基于数字孪生的熔铸装药成型工艺参数优化方法及系统。

背景技术

弹药熔铸装药成型具有弹药适应性强、装药效率高、易于回收利用及制造成本低等优点，是弹药的主流装药工艺方法。弹药熔铸装药成型过程涉及物态、热量、体积等多种物理变化，首先是物态由液态变为固态，其次是炸药结晶过程体积收缩、释放热量，是一个复杂的传热、传质过程，经历降温、相变、晶体形成和成长等。熔铸装药成型过程工艺参数主要包括炸药注液温度、弹体预热温度、水浴凝固护理温度、水浴水位上升速度、凝固压力、保压时间、生产环境温度等，其工艺参数较多且各个工艺参数之间相互关联，使得工艺参数与装药成型质量间具有高度的非线性、强耦合与时变性的特点，因而采用构建精准的数学模型来进行生产过程的工艺参数控制极为困难。

成型工艺参数的设定与控制是实现高质量熔铸装药的关键，熔铸装药成型质量主要包含装药密度和密度差(装药的密度均匀性)两个重要指标，装药密度越大越好，密度差越小越好。但传统的工艺参数设定方法依赖操作工艺人员的经验和基于试验的枚举法，导致工艺参数设定的成本高、效率低、周期长、盲目性较大，且在面对多个工艺参数组合时效果不好，一旦某个工艺参数设定不当，就会在药柱中形成气泡、孔隙、裂纹等缺陷，严重影响弹药的产品性能、生产周期、制造成本。因此，如何提供一种熔铸装药成型过程工艺参数优化方法来指导生产过程，有效提升装药成型质量一致性，是生产过程中急需解决的难题之一。

现有弹药生产企业在熔铸装药成型生产工艺技术上仍主要沿用传统经验方法，在成型工艺参数的设定上依赖操作工艺人员的经验和基于试验的枚举法为主；国内弹药熔铸装药成型设备上可采集的数据有限，成型过程中的工艺参数主要依赖于手工纸质记录，存在错记或漏记现象，难以实现质量追溯；对弹药装药成型质量的研究仍基本采用静态观察、模拟实验和破坏性检验相结合的方法，没有根据工艺环节中的成型工艺参数进行装药成型质量的预测判别。

在熔铸装药成型工艺参数中，炸药药液的浇注温度高时流动性好，充型能力强，但导致炸药药液吸收空气严重，成型缩孔缩松倾向大；炸药药液的浇注温度低时流动性差，补充缩孔能力不足，容易引起欠铸、冷隔。弹体预热温度/水浴凝固护理温度过高将降低炸药药液的结晶率，增加了保压时间和成型时间；弹体预热温度/水浴凝固护理温度过低可能导致炸药药液充型过程出现冷夹层，凝固过程出现补缩作用不理想，药柱产生缩松及表面裂纹。水浴水位上升速度过快可能导致充型卷气现象，药柱产生气泡、孔隙等缺陷；水浴水位上升速度过慢会使靠近弹体壁部位的药液过早凝固，药柱出现缩孔、冷隔等缺陷。凝固压力过高将影响炸药药液的结晶形成，无法有效成型；凝固压力过低可能导致药柱产生气泡无法排出。保压时间一般控制在炸药完全凝固成型结束；保压时间过短会使炸药药液在未完全凝固时泄压，导致弹体中心部位补缩不足产生缩孔等缺陷。由于成型工艺参数间的复杂关系，通常装药密度或密度差某一个优化目标的提升会引起另一个目标性能下降，很难得到同时满足两个目标优化的工艺参数组合，因此急需一种单一目标较优而总体目标最优的工艺参数优化方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：传统熔铸装药成型工艺参数依靠人工经验和基于试验的枚举法来设定，导致工艺参数设定成本高、效率低、周期长等问题，本发明提供了解决上述问题的一种基于数字孪生的熔铸装药成型工艺参数优化方法及系统，提升了熔铸装药成型质量的一致性和装药效率。

本发明通过下述技术方案实现：