基于多种群协同进化的采煤机概念设计方法研究

摘要

随着智能设计的发展，专家系统、机器学习等先进的技术越来越多的应用到设计领域。目前，采煤机概念设计的研究目前依然过度依赖领域专家，并且已开发的采煤机概念设计系统中未考虑其内部结构参数之间以及综采三机之间的合理配套。本文面向采煤机概念设计过程中的总体参数设计，针对目前存在的主要问题，对比综采“三机”与生物种群之间的相似性，将生态学引入到采煤机概念设计中，模拟生物种群之间竞争与协同关系，提出基于多种群协同进化的采煤机概念设计方法。该方法从生态学角度分析产品之间的协同、竞争关系，并结合机器学习、实例推理和模型推理技术，实现对专家知识和设计经验的重用，提高采煤机概念设计的效率和质量。 针对采煤机概念设计的特点与产品生态学的相似性，将生态学概念引入到采煤机概念设计过程中，定义了采煤机基因、细胞、器官和采煤机个体，并研究了采煤机基因的获取与表达方法。同时对比生态学与综采工作面产品种群之间的相似性，研究了综采“三机”之间的协同关系，建立了综采工作面生态学模型和基于生态学的采煤机概念设计模型，为采煤机产品实例库的构建以及采煤机概念设计过程提供理论指导。 分析了采煤机截割部、牵引部等主要部件的总体参数之间的关系以及求解方法，并分析了综采工作面“三机”之间的协同关系，包括生产能力协同、尺寸协同和地质条件协同，确定了条件属性与决策属性的选取以及算法流程，为后续的综采三机总体参数预测模型的构建提供了理论依据。 结合实例推理建立了采煤机实例库和标准参数数据库，运用实例推理技术实现了采煤机相似实例的检索；对于实例推理无法解决的问题，结合模型推理技术，建立基于极限学习机的综采“三机”总体参数预测模型。通过预测模型和设计公式相结合，得到了采煤机的总体设计参数的创新解。经验证，预测模型的平均相对误差在5%以内，分类算法的准确率在85%以上，能够满足应用需求。 基于ASP.NET技术、数据库技术和混合编程技术开发出基于多种群协同进化的采煤机概念设计系统，能够根据用户需求，检索相似实例，在无相似实例情况下，通过模型推理得到采煤机总体参数以及液压支架和刮板输送机的配合参数，实现了采煤机总体参数的协同设计，提高设计的实用性和适应性。 基于多种群协同进化的采煤机概念设计方法，从生态学角度研究三机之间的协同关系，不仅在采煤机设计过程中考虑“三机”之间的协同配合，而且提供了一种方便、快捷、高效的远程设计手段，提高了设计人员的设计效率和设计方案的实用性。通过系统测试及应用，系统操作简便，运行良好，结果可靠。

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