工艺方案动态并行全局优化方法研究

发布时间：2020-05-07 03:21

【摘要】： 工艺优化是合理安排产品制造工艺、优化和节约制造资源、缩短产品制造周期、降低制造成本、提高产品质量、推动企业技术进步的重要手段,是目前CAPP乃至数字化设计与制造中一个公认的难题。论文设计了一种工艺方案动态并行全局优化方法,作为解决工艺优化问题的一种有益的探索和实践。介绍了课题的背景、来源及目的,对工艺方案优化方法进行了综述,介绍了论文的主要工作。分析了工艺约束包括的内容,根据加工方法之间的优先关系约束、加工资源约束、切削参数约束的各自特点和应用范围,设计了三种不同的约束处理方法。分析了影响工艺路线和工艺参数的因素,确定了选择概率最大、加工方法种类最少和加工链最短的加工方案优化原则,建立了加工方案局部优化数学模型。针对工艺优化的全局性特点,采用基于多叉数结构的实数编码方法表达工艺方案,并采用随机的深度优先搜索算法实现多工艺方案种群的初始化。分析了加工方法之间的优先关系约束,把最优性约束作为工艺路线局部优化的目标,由此建立了工艺路线目标数学模型和工艺路线优化的适应度函数。为了保证加工方法的优先关系,满足零件加工序列的完整性约束,构造了特殊的工艺路线的优化算子。考虑车间的状态以及资源加工能力,建立加工资源的优化目标函数,构造了相应的加工资源优化的选择算子、交叉算子和变异算子。针对加工参数变量的连续性特点,设计了相应的交叉算子和变异算子。分析了影响多种工艺方案选优的因素,建立了工艺方案评价体系,并通过定性分析与定量分析相结合的方法,构造由生产效率、生产成本、生产利润和加工质量组成的工艺方案全局优化目标函数。采用多目标遗传算法来直接寻找工艺方案多目标优化的Pareto前沿,采用并行处理多个目标的方法实现了工艺方案进行全局优化。根据“分解——简化——综合——再综合”的思路和策略,建立企业按需的工艺方案决策体系,得到了可供企业按需选择的多目标综合决策矩阵。给出了实现上述研究内容的原型系统和一个工艺设计实例,验证了该研究的有效性。对全文进行了总结,展望了进一步研究的方向。
【图文】：

加工方案,加工链,代码串,加工特征

n式中， DL ( x )为零件的一种加工方案的加工链总长度；fnmaxDL 为特征 fn 的所有加工链的最大长度。应用加权合成法，构造出加工方案组合优化的代价函数：1 1 2 2 3 3min f ( x ) = w f ( x ) + w f ( x ) + w f ( x)（4-7）式中，1w ，2w ，3w 为权重系数。4.1.4 加工方案优化的遗传算法(1)编码方法[42][11]因为零件中各个加工特征备选的加工链方案数量不等，为了使算法具有一定的通用性，采用可变长度的编码方法。设加工特征nf 有nM 种加工链方案，则用nM 位代码串(图 4.1)表示特征nf 的加工方案组合，( n , i)s =1 表示特征nf 的第 i 种加工链被选中，( n , i)s =0 表示未被选中。整个代码串的长度为1NnnL M== ∑ 。

工艺方案,层次,切削参数,加工方法

IDW∈{idw1, idw2, …, idwn} 表示该零件需要 n 加工方法（工序或工步）的集合IDM∈{idm1, idm2, …, idmj} 表示加工该零件可用的机床集合IDT∈{ idt1, idt2,…, idtk} 表示加工该零件可用的刀具集合IDC∈{ idc1, idc2,…, idch} 表示加工该零件可用的夹具集合P∈{p1, p2, …, pm} 表示加工方法的切削参数集合由此，，工艺方案染色体由三层编码组成，第一层为加工方法 IDW 组成；第二层由机床 IDM 和切削参数代号 P 组成；第三层由刀具 IDT、夹具 IDC 和切削参数进给量F，背吃刀量 A 切削速度 V 等组成。，由于参数类型和数量随着机床和刀具的变化而有较大差异，故此层的编码长度不是固定的。在该方法中，个体结构采用树型结构，每个工艺方案个体就代表一棵多播树，这样就可以充分利用树的任何一种数据结构来描述算法中个体工艺方案的结构。工艺方案染色体也可用如图 4.3 表示，图中的各元素意义同图 4.2。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH162

【引证文献】