插裝式集成塊智能優(yōu)化設計理論與方法研究.pdf

1、發(fā)展液壓閥的集成配置，是典型液壓系統實現集成化和標準化的普遍要求。插裝式集成塊是目前集成式液壓系統發(fā)展和應用的主流，由于其外部元件的種類多樣性和結構特殊性以及內部孔道的連通復雜性，已成為集成式液壓系統設計中的瓶頸環(huán)節(jié)。本文結合國家自然科學基金項目，以實現滿足約束的外部布局和內部布孔集成方案的總體優(yōu)化設計為目標，系統地研究了插裝式集成塊優(yōu)化設計的數學模型、集成塊三維布局問題求解的智能優(yōu)化策略、布局布孔設計中典型環(huán)節(jié)的算法實現和集成塊優(yōu)化設

2、計軟件系統的開發(fā)等關鍵技術問題，并達到了預期的成果。 通過對國內外同類研究現狀和成果的總結，本文明確提出，插裝式液壓集成塊設計的核心問題是其外部布局和內部布孔集成方案的自動優(yōu)化設計，是在孔道連通優(yōu)化設計支撐下的三維空間中液壓元件布局方案的自動尋優(yōu)。這是一種復雜的帶性能約束的立體空間布局問題，在數學上可以歸結為組合最優(yōu)化。 在全面總結插裝式集成塊設計問題的復雜性特點，以及集成塊類零部件的結構特征和設計、制造信息組成規(guī)律的基

3、礎上，本文深入分析了插裝式集成塊立體布局的空間關系，用面向對象的方法定義了與該問題有關的特征變量，給出優(yōu)化目標和約束條件，進而確立插裝式集成塊設計問題的數學優(yōu)化模型。并針對此類多目標多約束的復雜工程問題，提出應用混合智能優(yōu)化算法進行自動優(yōu)化設計的技術路線，對多目標優(yōu)化問題和約束條件的處理方法進行分析，最終形成總體優(yōu)化設計問題的解決思路。 基于廣義鄰域搜索算法的統一結構，提出一種基于規(guī)則約束的自適應遺傳退火混合優(yōu)化算法(SGSA)

4、。針對遺傳算法的早熟和模擬退火算法的收斂速度慢等問題，將二者在優(yōu)化機制、結構和行為上進行有機結合，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，引入了混沌初始化、自適應參數調整和插值排序選擇等技術以增強算法的局部搜索能力和效率。并根據插裝式集成塊設計問題的具體特點，引入了工程設計規(guī)則約束來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)化問題提供了有效的技術支持。 經過深入分析，對插裝式集成

5、塊設計中存在的孔道校核、孔道網絡連通優(yōu)化設計、元件外形干涉校核、體積縮減和裝配關系設計五個典型環(huán)節(jié)給出了各自的數學模型，并研究具體的實現技術。重點是應用 SGSA 算法進行布局即裝配關系設計的實現技術，以前四個環(huán)節(jié)的算法實現為底層支撐，應用 SGSA 算法結合工程設計規(guī)則約束，實現外部元件的自動優(yōu)化布局。實例表明，這些算法簡便有效、準確可靠，能夠高度智能化地完成液壓元件在塊體上的布局定位、實時校核下的孔道連通、連通方案的目標評價和布局方

6、案的調改等設計內容和步驟的自動實施，最終實現布局布孔集成方案的總體優(yōu)化設計。深入研究了插裝式集成塊的設計流程及各類元件功能結構特點，剖析各類元件的屬性及構成規(guī)律，構建了液壓元件基本分類層次結構，提取對設計有意義的信息，從插裝式集成塊智能優(yōu)化設計的需求出發(fā)，建立了含有足夠信息量且方便適用的面向設計的開放式數據庫系統，包括元件數據庫和項目數據庫。同時為更直觀地展示優(yōu)化設計結果并判別其合理性和可行性，利用科學計算三維可視化技術和參數化程序驅動

7、造型技術實現了液壓元件、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，并構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體裝配模型。 在上述研究的基礎上，應用 VC++6.0 開發(fā)環(huán)境、ObjectARX 開發(fā)工具包和 MCADAPI 開發(fā)技術，將插裝式集成塊優(yōu)化設計中存在的各典型環(huán)節(jié)的實現算法集總為一體，并將其嵌入到三維參數化造型軟件 MDT 中，成功開發(fā)出基于 MDT 的高度智能化的插裝式液壓集成