基于离散法和遗传算法的装夹布局分析与优化

摘要

随着自动化控制技术的快速发展，高效精密加工技术也取得了较大飞跃，但加工质量问题仍是困扰它进步的难题，工件的位置偏移直接影响了加工精度，这使得合理的装夹布局成为了安全、精密、高效加工的必要条件。为此须研究运动学接触机理以预测和控制工件位置偏移最小化的装夹布局优化模型的方法。 本文分析了工件-夹具系统中影响加工精度的主要因素，即局部变形（包括装夹元件变形、工件与装夹元件之间的接触变形），揭示了因接触反力引起的局部变形与工件位置偏移的关系，描述了工件随时间变化过程中各方向位置偏移的情况。基于工件-夹具的线性弹簧-阻尼系统的接触模拟，结合振动系统中质点位置变换技术和能量守恒原理，构建了工件位置偏移的运动学方程模型及其单向接触约束条件，推导出了装夹布局优化模型以实现对工件位置偏移情况的预测，并通过遗传算法优化方法对工件位置偏移值最小化实现控制。 在求解合理装夹布局模型时，基于一般遗传算法技术，将待规划元件所处表面离散成有限点集合，利用MATLAB软件调用稳定装夹下的节点信息数据，逐个进行遗传迭代操作，实现装夹布局的自动化优化设计，在收敛效率上取得了很大提高，分析实例中的优化结果较之一般遗传算法求解方法所花费的时间减少了65.8%。同时运用田口正交试验方法对离散化遗传算法中各关键参数的取值进行设定，并讨论不同长度的网格尺寸对优化结果的影响，在对参数做出选择时提供了依据标准，也为CAFD的应用设计提供了理论基础。针对一般遗传算法存在的易陷入局部收敛和收敛速度不快的缺点，提出了基于元胞自动机原理下的元胞遗传算法，元胞个体之间的交互作用发生在空间网格的领域内，这有利于拓展和丰富种群的多样性，并用复杂多峰测试函数 F验证了该方法在搜索全局最优解时的优势，并将此技术应用在装夹布局的优化求解中，得到了更好的收敛效果，为设计复杂工件的装夹布局提供了新的指导方法。

目录

第1章 绪 论

1.1 本课题研究背景

1.2 课题的提出

1.3装夹布局规划的研究现状

1.4遗传算法的研究现状

1.5本文研究的主要内容和框架体系

第2章 装夹布局优化模型与方法

2.1 引言

2.2工件位置偏移

2.3工件位置偏移动力学模型优化

2.4本章小结

第3章 基本遗传算法求解技术

3.1 引言

3.2一般遗传算法

3.3离散化遗传算法分析

3.4本章小结

第4章 元胞遗传算法求解技术

4.1 引言

4.2元胞遗传算法的基本原理及操作描述

4.3试验函数分析与比较

4.4模型优化应用

4.5本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目

致谢

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