[發明專利]一種基于公差等級和遺傳算法的公差優化分配方法

有效

• 申請號: 201210109135.2
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102622495A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 趙罡;張志華;孫占磊;韓鵬飛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/30;G06N3/02
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于公差等級和遺傳算法的公差優化分配方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

步驟一：建立公差優化的數學模型；

公差優化是在滿足裝配功能要求的前提下，對誤差累積路徑中涉及的公差大小進行合理分配，使得各公差的加工成本之和最低；根據這一定義建立公差優化的數學模型為；

目標函數：min[Σi=1nCi(ti)]]]>

約束條件：t_i＝T_sj

e＝e(α_i，β_i，γ_i，u_i，v_i，w_i；t_i)

其中，C_i(t_i)表示公差t_i的加工成本函數，n表示誤差累積路徑中涉及的公差個數，j表示t_i的公差等級，T_sj表示公差等級為j時該幾何公差對應的標準公差值，e＝e(α_i，β_i，γ_i，u_i，v_i，w_i；t_i)為誤差累積函數，α_i，β_i，γ_i分別為公差特征沿x，y，z軸轉動方向的微小變動，u_i，v_i，w_i分別為公差特征沿x，y，z軸平動方向的微小變動；

步驟二：建立標準公差數據庫；

公差標準庫的主要功能是根據公差類型、尺寸及公差等級來查詢數據庫從而得到對應的公差，進而作為公差-成本函數的自變量來求得對應的加工成本；標準公差數據庫中包括尺寸標準公差、孔和軸的基本偏差及幾何公差的公差值；根據GB/T?1800.3-1998和GB/T1800.4-1999將標準公差值表和基本偏差值表存儲到數據庫中，根據GB/T?1184-1996將各種類型的幾何公差值表分別存儲到數據庫中；

步驟三：基于公差等級進行編碼；

以各公差的公差等級編號組合作為最后的編碼；

對于尺寸公差，國家標準根據不同的應用場合把公差分為20個等級，從高到低分別用IT01，IT0，IT1～IT18表示；

對于幾何公差，根據GB/T?1184-1996應分情況考慮；

(1)直線度和平面度，分為1～12共12個公差等級，其中6，7，8，9為常用公差等級；

(2)圓度和圓柱度，分為0～12共13個公差等級，其中7，8，9為常用公差等級；

(3)平行度、垂直度和傾斜度，分為1～12共12個公差等級，其中6，7，8，9為常用公差等級；

(4)同軸度、對稱度、圓跳動和全跳動，分為1～12共12個公差等級，其中6，7，8，9為常用公差等級；

為方便編碼的同時滿足大多數情況的加工需求，對每種公差提供8個備選公差等級；對于尺寸公差，選用常用的IT5～IT12；對于幾何公差，選用4～11；將每個組成環公差等級編號由三位二進制碼組成；

若誤差累積路徑中涉及n個公差，則總的編碼長度為3n，總的編碼方式為a₁₁a₁₂a₁₃a₂₁a₂₂a₂₃...a_n1a_n2a_n3，其中每個字符代表0或1，其可能的組合方式有2³ⁿ種；

表1公差的編碼

對于一個具有5個組成環的公差鏈，其個體的編碼為：a₁₁a₁₂a₁₃a₂₁a₂₂a₂₃a₃₁a₃₂a₃₃a₄₁a₄₂a₄₃a₅₁a₅₂a₅₃，其中每個字符代表0或1，則一個編碼為100011010001101的個體，假設5個組成環的公差類型依次為尺寸公差、平面度、平行度、尺寸公差和同軸度，則該個體在解碼后所表示的意義如下列表2所示：

表2個體解碼的意義

當解碼得到公差等級后，便根據公差類型及相關尺寸查詢相應的公差值；

步驟四：確定遺傳算法的適應度函數；

根據公差優化的數學模型中的目標函數確定適應度函數，將優化模型的目標函數加上罰函數組成適應度函數，通過罰函數對個體違背裝配約束條件的情況予以懲罰；

根據公差優化的數學模型中的目標函數確定適應度函數；

f=Σi=1nCi(ti)+Φ(e)]]>

其中，n為誤差累積路徑中涉及的公差個數，C_i(t_i)表示公差t_i的加工成本函數，t_i＝T_sj，e為誤差累積函數值，Φ(e)為罰函數，對個體違背裝配約束條件的情況予以懲罰；

Φ(e)=0(e≤g)-Σi=1nCi(ti)(e>g)]]>

其中，g為封閉環公差值；

步驟五：設定遺傳算子；

設定選擇算子、交叉算子和變異算子這三個遺傳算子的取值或值的計算方法；

選擇算子：個體I_k被選擇的概率：

其中，k(＝1，2，...，r)為個體編號，r為群體中個體數量，f_k為個體I_k的適應度值；

交叉算子：交叉概率P_c取0.6；

變異算子：變異概率P_m取0.02；

步驟六：執行遺傳進化操作；

隨機產生初始群體，并進化的最大代數，計算群體中每個個體的適應度，并尋找最優和最差個體，并用上一代的最優個體替換本代的最差個體，對群體執行選擇、交叉和變異遺傳操作，當進化達到最大代數時，終止進化；

步驟七：解碼得到對應的公差等級，并查詢相應的公差值；

遺傳算法優化的結果為各公差的公差等級的二進制編碼，根據表1將二進制碼譯為十進制數，并繼續根據表1該十進制數譯為尺寸公差或幾何公差的公差等級，然后進一步根據各公差的公差類型及相關尺寸在標準公差數據庫中查詢各公差的標準公差值。

2.根據權利要求1所述的一種基于公差等級和遺傳算法的公差優化分配方法，其特征在于：步驟六中所述的執行遺傳進化操作，其具體實現過程如下：

(1)隨機產生第一代群體，并設定遺傳運算的最大代數為200；

(2)利用適應度函數來計算群體中每個個體的適應度，尋找其中的最優個體和最差個體；

(3)如果進化代數沒有達到最大，則代數加1，并用上代最優個體替換本代最差個體，然后對群體執行選擇、交叉和變異遺傳操作，得到下一代群體；

(4)重復步驟(2)至(3)，當達到規定的最大代數后停止運算，得到最優解。