插裝式集成塊智能優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法研究.pdf

1、發(fā)展液壓閥的集成配置，是典型液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成化和標(biāo)準(zhǔn)化的普遍要求。插裝式集成塊是目前集成式液壓系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用的主流，由于其外部元件的種類多樣性和結(jié)構(gòu)特殊性以及內(nèi)部孔道的連通復(fù)雜性，已成為集成式液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的瓶頸環(huán)節(jié)。本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，以實(shí)現(xiàn)滿足約束的外部布局和內(nèi)部布孔集成方案的總體優(yōu)化設(shè)計(jì)為目標(biāo)，系統(tǒng)地研究了插裝式集成塊優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型、集成塊三維布局問(wèn)題求解的智能優(yōu)化策略、布局布孔設(shè)計(jì)中典型環(huán)節(jié)的算法實(shí)現(xiàn)和集成塊優(yōu)化設(shè)

2、計(jì)軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)到了預(yù)期的成果。 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外同類研究現(xiàn)狀和成果的總結(jié)，本文明確提出，插裝式液壓集成塊設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題是其外部布局和內(nèi)部布孔集成方案的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是在孔道連通優(yōu)化設(shè)計(jì)支撐下的三維空間中液壓元件布局方案的自動(dòng)尋優(yōu)。這是一種復(fù)雜的帶性能約束的立體空間布局問(wèn)題，在數(shù)學(xué)上可以歸結(jié)為組合最優(yōu)化。 在全面總結(jié)插裝式集成塊設(shè)計(jì)問(wèn)題的復(fù)雜性特點(diǎn)，以及集成塊類零部件的結(jié)構(gòu)特征和設(shè)計(jì)、制造信息組成規(guī)律的基

3、礎(chǔ)上，本文深入分析了插裝式集成塊立體布局的空間關(guān)系，用面向?qū)ο蟮姆椒ǘx了與該問(wèn)題有關(guān)的特征變量，給出優(yōu)化目標(biāo)和約束條件，進(jìn)而確立插裝式集成塊設(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型。并針對(duì)此類多目標(biāo)多約束的復(fù)雜工程問(wèn)題，提出應(yīng)用混合智能優(yōu)化算法進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)路線，對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題和約束條件的處理方法進(jìn)行分析，最終形成總體優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的解決思路。 基于廣義鄰域搜索算法的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，提出一種基于規(guī)則約束的自適應(yīng)遺傳退火混合優(yōu)化算法(SGSA)

4、。針對(duì)遺傳算法的早熟和模擬退火算法的收斂速度慢等問(wèn)題，將二者在優(yōu)化機(jī)制、結(jié)構(gòu)和行為上進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，利用遺傳算法的并行性和退火算法的概率突跳性克服了上述缺點(diǎn)，引入了混沌初始化、自適應(yīng)參數(shù)調(diào)整和插值排序選擇等技術(shù)以增強(qiáng)算法的局部搜索能力和效率。并根據(jù)插裝式集成塊設(shè)計(jì)問(wèn)題的具體特點(diǎn)，引入了工程設(shè)計(jì)規(guī)則約束來(lái)縮小算法的搜索空間，提高優(yōu)化性能，該算法的研究為解決插裝式集成塊布局布孔優(yōu)化問(wèn)題提供了有效的技術(shù)支持。 經(jīng)過(guò)深入分析，對(duì)插裝式集成

5、塊設(shè)計(jì)中存在的孔道校核、孔道網(wǎng)絡(luò)連通優(yōu)化設(shè)計(jì)、元件外形干涉校核、體積縮減和裝配關(guān)系設(shè)計(jì)五個(gè)典型環(huán)節(jié)給出了各自的數(shù)學(xué)模型，并研究具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。重點(diǎn)是應(yīng)用 SGSA 算法進(jìn)行布局即裝配關(guān)系設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，以前四個(gè)環(huán)節(jié)的算法實(shí)現(xiàn)為底層支撐，應(yīng)用 SGSA 算法結(jié)合工程設(shè)計(jì)規(guī)則約束，實(shí)現(xiàn)外部元件的自動(dòng)優(yōu)化布局。實(shí)例表明，這些算法簡(jiǎn)便有效、準(zhǔn)確可靠，能夠高度智能化地完成液壓元件在塊體上的布局定位、實(shí)時(shí)校核下的孔道連通、連通方案的目標(biāo)評(píng)價(jià)和布局方

6、案的調(diào)改等設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟的自動(dòng)實(shí)施，最終實(shí)現(xiàn)布局布孔集成方案的總體優(yōu)化設(shè)計(jì)。深入研究了插裝式集成塊的設(shè)計(jì)流程及各類元件功能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，剖析各類元件的屬性及構(gòu)成規(guī)律，構(gòu)建了液壓元件基本分類層次結(jié)構(gòu)，提取對(duì)設(shè)計(jì)有意義的信息，從插裝式集成塊智能優(yōu)化設(shè)計(jì)的需求出發(fā)，建立了含有足夠信息量且方便適用的面向設(shè)計(jì)的開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，包括元件數(shù)據(jù)庫(kù)和項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)為更直觀地展示優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果并判別其合理性和可行性，利用科學(xué)計(jì)算三維可視化技術(shù)和參數(shù)化程序驅(qū)動(dòng)

7、造型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了液壓元件、集成塊體和孔道的三維可視化模型，建立了液壓元件圖形庫(kù)，并構(gòu)建了液壓集成塊三維可視化虛擬裝配模型，包括三維孔道桁架模型和三維實(shí)體裝配模型。 在上述研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用 VC++6.0 開(kāi)發(fā)環(huán)境、ObjectARX 開(kāi)發(fā)工具包和 MCADAPI 開(kāi)發(fā)技術(shù)，將插裝式集成塊優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在的各典型環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)算法集總為一體，并將其嵌入到三維參數(shù)化造型軟件 MDT 中，成功開(kāi)發(fā)出基于 MDT 的高度智能化的插裝式液壓集成