一种带有监视器的针对性变异遗传算法及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种带有监视器的针对性变异遗传算法，通过监视器监视每个零部件之间的配合结果，并记录；之后根据配合结果对每个零部件的设计尺寸及公差带进行调整，对于结果较差的进行幅度较大的变异，对于结果较好的进行幅度较小的变异。本发明专利技术还公开了该算法的应用。本发明专利技术可对含有多个特征信息的零部件进行整体的、有方向性的优化，降低迭代次数。降低迭代次数。

【技术实现步骤摘要】
一种带有监视器的针对性变异遗传算法及其应用


[0001]本专利技术涉及机械设计
，具体涉及一种带有监视器的针对性变异遗传算法及其应用。

技术介绍

[0002]在机械加工领域，零部件的设计不能完全按照理想尺寸来设计。在具体的加工制作工程中，机床及工人的操作方面，总会造成一定的误差，所以在图纸的设计过程中都会考虑到公差范围。但是基于经验设计的图纸需要经过长时间的实际检测，在这个过程中会造成成本的增加。同时除了公差带的设计之外，设计尺寸也决定了设计图纸的优劣。
[0003]目前针对公差分析有极值法、统计法与6
‑
西格玛法。不过这些设计方法都是静态的，同时并不会针对不同的机械进行自我修正，在一些高精度机械制造领域无法满足实际的工程需求。
[0004]目前遗传算法都只针对最终结果对初代进行挑选，同时对于变异的程度也都是固定的，不够灵活。一些情况下会增加迭代成本，无法快速筛选出有效的基因。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种可对含有多个特征信息的零部件进行整体的、有方向性的优化，可降低迭代次数的带有监视器的针对性变异遗传算法，还公开了该算法的应用。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种带有监视器的针对性变异遗传算法，包括以下步骤：
[0008](1)将传进算法程序的图纸尺寸进行矩阵化，存入到矩阵A中，当存在n种部件时，且第n个部件的关键尺寸信息最多，有m个，尺寸矩阵则为m
×
n的矩阵，当部件j含有m
‑
i个关键尺寸信息时，则第j列中m
‑
i之后的元素为O；同时生成一个同样大小的设计尺寸改变量矩阵A
‘
，该矩阵初始为0矩阵；
[0009](2)读取各个部件的关键尺寸的公差信息，将其根据矩阵A放入矩阵B中，当第j个零部件第i个尺寸信息在矩阵A的第i行和第j列为a
ij
，那么该尺寸的公差信息则在矩阵B中的b
ij
；同时生成一个同样大小的公差带改变量矩阵B
‘
，该矩阵初始为0矩阵；
[0010](3)对A
′
与B
′
矩阵进行初始化，形成初代，初代数量为10，变异范围为N(0，σ)；
[0011](4)根据关键尺寸信息表，和改变量矩阵，使用正态分布N(μ
ij
+α
ij
，σ
ij
+β
ij
)生成模拟实际生产的实际尺寸；其中μ
ij
为第j个部件第i个数据的设计尺寸，σ
ij
为该部件的该数据的设计公差，α
ij
、β
ij
为设计尺寸、公差带改变量，分别来自A
′
与B
′
；将模拟实际尺寸放入一个3维矩阵中：Simulation
k，m，n
，共k行m列n页，其中k为样本量，取10
‑
15，即：将每个零件生成的模拟实际尺寸信息放到每一页中；
[0012](5)将部件之间的装配信息存入配合矩阵Assembly
4，m，n
，其中行数n表示第几个零部件，列数m表示零部件的尺寸信息，每一页的矩阵为一个4
×
m的矩阵；列向量的信息包括：
第一行表示该列与哪一个零部件进行匹配，第二行表示该列使用对方的哪一个尺寸信息进行匹配，第三行表示可以接受的最大匹配差值，第四行表示可以接受的最小匹配差值；
[0013](6)初始化监视矩阵Monitor
m，n
，其中m
ij
为第j个零部件的第i个尺寸的配合结果，在最初阶段，监视矩阵为0矩阵；
[0014](7)使用遍历或其他配合方案对已生成的Simulation
k，m，n
数据进行装配模拟；
[0015](8)记录该个体i模拟的次数及可用组合的数量n
i
、监视矩阵及每一组整体表现即总误差ε
i
，同时对每一个初代进行标记，选出最优的4组进行两两组合，基础数据的继承方式为取平均数，得出2组可能的子代，记录最优的那一组；将这两组当作是初代，按照每组生产5个子代的方式，生成10组子代；之后对其子代的变化量矩阵进行变异处理：
[0016](9)处理结束后回到第四步，进行下一次的迭代，迭代停止的指标为产生的子代都能够在预定的模拟次数内，给出理想的配合方案，或是达到了预定的迭代次数；
[0017](10)最后输出近似最优的设计尺寸与公差带，当达到了迭代次数，则将被记录的最优组进行输出。
[0018]优选的，步骤(5)中尺寸配合方式为：四行为一组，共n组；第一行为使用自己的哪个数据，第二行为使用对方的哪个数据，第三行为该装配位置使用第几个部件，第四行为配合方式：1为过盈，2为过渡，3为间隙。
[0019]优选的，在步骤(7)的装配模拟过程中，当部件j的第i个数据与某一个部件的样本可以配合，则将监视矩阵Monitor
m，n
中的m
ij
增加1。
[0020]优选的，步骤(8)中的变异处理方法为：
[0021]①
第i个子代的设计尺寸及公差带改变量矩阵为：A
i
与B
i
；
[0022]②
每个子代中，第x零部件第y个设计尺寸变异的改变量则由以下公式产生：
[0023][0024]其中：k
n
为总的组合数；k为总样本量；n为零部件的种类数；n
i
为其初代模拟装配方案中，可用组合数量；为其初代模拟装配中，可用的两两组合的个数；γ为放大因子，该数据需要依据具体机械设计的内容而定；e为自然常数；
[0025]③
假如该个体的某个尺寸通过率较低，则取其倒数，对其进行放大，但该部分放大程度有限；
[0026]④
对于公差带变化量矩阵B
i
的变异改变量b
ixy
，采用类似的方式，其公式为：
[0027][0028]一种带有监视器的针对性变异遗传算法的应用，所述带有监视器的针对性变异遗传算法可应用于公差分析。
[0029]该遗传算法，可在公差分析中进行应用，通过监视器监视每个零部件之间的配合结果，并记录。之后根据配合结果对每个零部件的设计尺寸及公差带进行调整，对于结果较差的进行幅度较大的变异，对于结果较好的进行幅度较小的变异。这样能够对含有多个特征信息的零部件进行整体的、有方向性的优化，降低迭代次数。
[0030]本专利技术的有益效果是：
[0031]本专利技术提出了一种更加精细的遗传算法方案，该算法通过增加监视器及定向变异功能，减少了遗传算法中的迭代次数，是一种较快的公差分析算法。同时鉴于该算法的灵活性，能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有监视器的针对性变异遗传算法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将传进算法程序的图纸尺寸进行矩阵化，存入到矩阵A中，当存在n种部件时，且第n个部件的关键尺寸信息最多，有m个，尺寸矩阵则为m
×
n的矩阵，当部件j含有m
‑
i个关键尺寸信息时，则第j列中m
‑
i之后的元素为0；同时生成一个同样大小的设计尺寸改变量矩阵A
‘
，该矩阵初始为0矩阵；(2)读取各个部件的关键尺寸的公差信息，将其根据矩阵A放入矩阵B中，当第j个零部件第i个尺寸信息在矩阵A的第i行和第j列为a
ij
，那么该尺寸的公差信息则在矩阵B中的b
ij
；同时生成一个同样大小的公差带改变量矩阵B
‘
，该矩阵初始为0矩阵；(3)对A
′
与B
′
矩阵进行初始化，形成初代，初代数量为10，变异范围为N(0，σ)；(4)根据关键尺寸信息表，和改变量矩阵，使用正态分布N(μ
ij
+α
ij
，σ
ij
+β
ij
)生成模拟实际生产的实际尺寸；其中μ
ij
为第j个部件第i个数据的设计尺寸，σ
ij
为该部件的该数据的设计公差，α
ij
、β
ij
为设计尺寸、公差带改变量，分别来自A
′
与B
′
；将模拟实际尺寸放入一个3维矩阵中：Simulation
k，m，n
，共k行m列n页，其中k为样本量，取10
‑
15，即：将每个零件生成的模拟实际尺寸信息放到每一页中；(5)将部件之间的装配信息存入配合矩阵Assembly
4，m，n
，其中行数n表示第几个零部件，列数m表示零部件的尺寸信息，每一页的矩阵为一个4
×
m的矩阵；列向量的信息包括：第一行表示该列与哪一个零部件进行匹配，第二行表示该列使用对方的哪一个尺寸信息进行匹配，第三行表示可以接受的最大匹配差值，第四行表示可以接受的最小匹配差值；(6)初始化监视矩阵Monitor
m，n
，其中m
ij
为第j个零部件的第i个尺寸的配合结果，在最初阶段，监视矩阵为...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯安平，杨晓东，李秉洁，胡斌，侯昆，
申请(专利权)人：宁波虎渡能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：