本書分為兩部分,共包含6章:第一部分為第1章,介紹了輪胎設計研發(fā)智能化技術相關配置,為后面章節(jié)的學習奠定基礎;第二部分為第2~6章,分別詳細介紹了基于計算機視覺的輪胎高效建模技術、輪胎斷面網(wǎng)格自動劃分技術、輪胎設計仿真一體化技術、深度學習算法與輪胎性能預測、輪胎缺陷與損傷識別技術。書中通過大量的實例腳本和詳細注釋介紹了編寫調試腳本的方法、技巧和注意事項,以提高輪胎建模、設計、仿真分析及預測的效率和準確度。
本書內容從實際應用出發(fā),文字通俗易懂,深入淺出,讀者不需要具備很深的理論和編程功底,即可輕松掌握相關技術。
本書主要面向具備一定Python編程基礎和輪胎結構設計仿真基礎的中級和高級用戶,對于初級用戶也有一定的參考價值。
本書通過豐富的實例腳本和詳細注釋,講解了編寫、調試腳本的方法,并詳細解釋了關鍵代碼的功能。書中提供了代碼編寫過程中可能出現(xiàn)的問題以及解決方案,以及所有實例的源代碼和圖片,本書文字通俗易懂,深入淺出,讀者不需要具備很深的理論知識,即可輕松地掌握相關智能化技術。本書提供了隨書資源包可供讀者下載。
前言
輪胎是各種車輛或機械的接地滾動圓環(huán)形彈性橡膠制品,具有支承車身、緩沖外界沖擊,實現(xiàn)與路面接觸并保證車輛平穩(wěn)行駛的功能。由于輪胎經(jīng)常在復雜多變的路況使用,行駛過程中還承受復雜負荷及高低溫作用,因此必須具有良好的承載性、牽引性、緩沖性、耐磨性等。隨著汽車行業(yè)的迅速發(fā)展,我國已經(jīng)成為全球最大的輪胎生產(chǎn)國。各大輪胎企業(yè)紛紛引進新技術,采購或開發(fā)新軟件,研發(fā)新產(chǎn)品,以保持其在輪胎設計制造領域的優(yōu)勢。例如,開發(fā)建模速度快、效率高的軟件或插件,開發(fā)設計仿真一體化平臺,開發(fā)網(wǎng)格自動化劃分軟件等是輪胎企業(yè)的迫切需求。
2011年和2020年,筆者分別出版了《Python語言在Abaqus中的應用》一書的第1版和第2版,書中介紹了將Python語言與Abaqus軟件結合進行二次開發(fā)的相關知識。鑒于輪胎企業(yè)大多采用Abaqus軟件作為仿真分析的工具,以及筆者積累的Python二次開發(fā)經(jīng)驗,針對復雜輪胎結構這一特定研究對象,做了一些研究工作。目前,國內針對輪胎這一研究對象,引入計算機視覺技術、深度學習算法等人工智能技術的書籍較少,筆者決定出版《輪胎設計研發(fā)智能化技術》一書,希望能夠為輪胎行業(yè)用戶提供一些幫助和借鑒。在撰寫本書的過程中,筆者時刻警醒自己,盡最大所能將內容介紹清楚,讓讀者真正學會輪胎設計研發(fā)智能化技術。但是,使用 Python 語言開發(fā)本身就是一項龐大的課題,將它與輪胎結構這一對象綁定,并引入深度學習算法進行分析預測,就變得更加復雜。筆者深感無法在一本書中將所有內容都介紹清楚,如果本書能夠為讀者在學習、科研或項目實施過程中提供一點思路,就感覺到十分欣慰了。
本書由曹金鳳負責章節(jié)內容的安排和全書統(tǒng)稿工作,由曹英杰負責第1章和第5章內容的撰寫和整理工作,由李策負責第2章內容的撰寫和整理工作,由曹金鳳和王志文負責第3章和第4章內容的撰寫和整理工作,由沈大港負責第6章內容的撰寫和整理工作。
本書主要面向具備一定Python編程基礎和輪胎結構設計仿真基礎的中級和高級用戶,對于初級用戶也有一定的參考價值。
在開始學習本書前,假設讀者已經(jīng)掌握了Python語言基礎知識,熟悉輪胎設計仿真流程,熟悉 Abaqus/CAE 的操作界面,了解深度學習算法基礎知識。如果使用本書過程中遇到問題,可以參考筆者撰寫的《Python語言在Abaqus中的應用第2版》《Abaqus有限元分析常見問題解答與實用技巧》等書籍,也可以下載運行隨書資源包的源代碼,以提高學習效率。(鏈接:https://pan.baidu.com/s/1wi3uY8Y2J_fYsJu-GOq0LA,提取碼:1234,也可掃描下方二維碼下載)
說明:
為了便于讀者學習具體的設計研發(fā)智能化技術,第1章詳細介紹了軟件及模塊的配置方法,為后面章節(jié)的學習奠定基礎。
本書內容從實際應用出發(fā),文字通俗易懂,深入淺出,讀者不需要具備很深的理論知識,即可輕松地掌握相關智能化技術。
本書介紹了大量實例腳本的編寫思路和方法,并對關鍵代碼做了詳細講解。對于編寫過程中可能出現(xiàn)的問題、應該避免的錯誤做法都通過提示或注意的方式給予提醒。
為了方便讀者學習,書中所有實例的相關代碼、圖片等都放在隨書資源包中。在提供實例腳本的基礎上,讀者可以修改或添加代碼來滿足實際編程過程中的需要。
為了便于講解各行代碼的含義,在每行代碼的開始位置,筆者都使用了阿拉伯數(shù)字標識,而腳本源代碼中這些標識都是不存在的。
本書在排版過程中,部分代碼做了適當處理,當運行代碼時,以隨書資源包中提供的代碼為準。
本書的寫作與出版,得到了浦林成山(山東)輪胎有限公司山東省專業(yè)學位研究生教學案例庫項目(SDYAL20112)和山東省自然科學基金項目(ZR2021QE059)的資助,在此表示衷心的感謝。
感謝達索系統(tǒng)中國區(qū)仿真技術總監(jiān)白銳和大中華區(qū)輪胎行業(yè)高級顧問金永春在百忙之中為本書撰寫了序言。在本書即將出版之際,向他們表示深深的謝意。
衷心感謝恩師中國礦業(yè)大學(北京)姜耀東教授給予筆者的大力支持、溫暖鼓勵、悉心幫助和指導,恩師嚴謹?shù)目蒲芯、謙遜寬容的態(tài)度是我一生學習的榜樣。
編寫本書的過程中,筆者參考了一些機器視覺與深度學習算法的書籍、網(wǎng)站、幫助文檔等,感謝這些作者的辛勤勞動。
感謝青島理工大學機械與汽車工程學院各位同仁對本人工作的支持,讓我可以心無旁騖地撰寫本書。
感謝機械工業(yè)出版社負責本書審核校對工作的編輯們,在你們的辛勤勞動下,本書才能在第一時間與讀者見面。
由于筆者水平有限,書中錯誤和紕漏之處在所難免,敬請各位專家和廣大讀者批評指正,并歡迎通過電子郵件 caojinfeng@qut.edu.cn與筆者交流。
曹金鳳
于青島
序一
序二
前言
第1章輪胎設計研發(fā)智能化技術相關配置
1.1安裝Python語言
1.1.1Python語言簡介
1.1.2搭建Python開發(fā)環(huán)境
1.1.3安裝開發(fā)工具PyCharm
1.1.4編寫第1個Python程序
1.2安裝NumPy庫
1.3安裝Matplotlib庫
1.4安裝OpenCV庫
1.5安裝Pandas庫
1.6安裝Pillow庫
1.7安裝pyautocad庫
1.8安裝scikit-image庫
1.9安裝scikit-learn庫
1.10安裝torchvision庫
1.11安裝tqdm庫
1.12安裝PyTorch框架
1.13安裝TensorFlow框架
1.14本章小結
參考文獻
第2章基于計算機視覺的輪胎高效建模技術
2.1概述
2.1.1計算機視覺技術簡介
2.1.2復雜輪胎斷面建模
2.1.3基于計算機視覺技術的輪胎建模
目
錄2.2圖像處理技術
2.2.1簡介
2.2.2圖像的讀取、顯示與保存
2.2.3圖像的基礎操作
2.2.4圖像的加權和運算
2.2.5圖像增強技術
2.3圖像采集技術
2.3.1選擇拍攝設備
2.3.2相機標定
2.4自動建模技術
2.4.1工具的選擇
2.4.2AutoCAD建模
2.5自動建模實例
2.6本章小結
參考文獻
第3章輪胎斷面網(wǎng)格自動劃分技術
3.1概述
3.2輪胎結構的組成
3.3輪胎斷面有限元網(wǎng)格劃分的一般方法及原則
3.3.1輪胎斷面網(wǎng)格劃分的常用方法
3.3.2在Abaqus/CAE中劃分輪胎網(wǎng)格
3.3.3輪胎斷面有限元網(wǎng)格劃分的基本原則
3.4輪胎結構網(wǎng)格自動化劃分技術
3.4.1Python語言二次開發(fā)簡介
3.4.2宏管理器
3.4.3開發(fā)輪胎網(wǎng)格自動化程序
3.5輪胎有限元網(wǎng)格開發(fā)實例
3.6本章小結
參考文獻
第4章輪胎設計仿真一體化技術
4.1輪胎斷面自動化高效建模
4.1.1在Abaqus中定制插件(Plug-in)
4.1.2開發(fā)輪胎高效建模插件
4.1.3輪胎建模插件開發(fā)實例
4.2建立輪胎有限元分析的材料庫
4.2.1簡介
4.2.2錄制材料庫宏文件
4.2.3修改宏文件生成腳本文件
4.2.4修改rpy文件生成腳本文件
4.3輪胎有限元分析結果自動后處理
4.3.1Abaqus/CAE的常用后處理技術
4.3.2開發(fā)輪胎自動后處理插件
4.4本章小結
參考文獻
第5章深度學習算法與輪胎性能預測
5.1深度學習算法簡介
5.1.1深度學習的發(fā)展歷程及應用
5.1.2神經(jīng)網(wǎng)絡基礎
5.1.3循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(RNN)
5.1.4長短時記憶網(wǎng)絡(LSTM)
5.1.5門控循環(huán)單元網(wǎng)絡(GRU)
5.1.6注意力機制(AM)
5.2數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘技術
5.2.1數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘
5.2.2數(shù)據(jù)的特征分析與預處理
5.2.3數(shù)據(jù)挖掘常用算法
5.2.4數(shù)據(jù)特征分析實例
5.3輪胎性能預測案例分析
5.3.1GRU 算法
5.3.2LSTM-Attention 算法
5.4本章小結
參考文獻
第6章輪胎缺陷與損傷識別技術
6.1輪胎缺陷與損傷簡介
6.2輪胎缺陷與損傷識別
6.2.1概述
6.2.2深度學習算法基礎
6.2.3輪胎缺陷識別算法
6.3輪胎損傷與缺陷識別實例分析
6.4本章小結
參考文獻