[發明專利]一種基于蟻群算法的螺旋輸送機優化設計方法

在審

• 申請號: 202011237568.7
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112380645A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 梅瀟;薛玉坤;王康
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06N3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于蟻群算法的螺旋輸送機結構優化設計方法，本方法以螺旋輸送機質量最輕和輸送效率最大為優化目標，首先建立螺旋輸送機結構優化數學模型，該數學模型以螺旋輸送機質量最輕，輸送效率最大作為約束條件；結合螺旋輸送機的結構確定設計變量以及約束條件；采用蟻群算法來搜尋蟻群位置和信息素濃度的全局最優解；當滿足結束條件后輸出全局最優解；用得出的全局最優解對應螺旋輸送機對應的設計參數，最后得出螺旋輸送機的最優設計方案。本發明提供的方法操作簡單，只需要輸入初始參數、約束和邊界條件，即可快速得出設計方案，適用于一線設計人員，對于螺旋輸送機優化設計可以降低求解難度和提高求解的效率。

技術領域

本發明涉及螺旋輸送機優化設計技術領域，具體涉及一種基于蟻群算法的螺旋輸送機優化設計方法。

背景技術

螺旋輸送機是一種用途廣泛的運輸機械,它是利用螺旋體與物料之間產生的相對運動進行輸送，具有以下優點：(1)輸送部分處于封閉狀態，一定程度上避免了粉塵，改善了工作環境，其物料輸送的優勢更加明顯；(2)整機結構與工藝布置較為簡單，便于設計與施工； (3)工作效率高，操作簡單，可以節約物料輸送成本；(4)工作狀態下的運動部件較少，使得易損耗部件較少，維修方便；(5)具有水平、傾斜和垂直輸送段，更容易實現設備的機械化，自動化和智能化，不僅節能環保，而且省時高效。因此越來越多的制造商開始開發螺旋式輸送機。

但是，螺旋輸送機的設計準則是既要保證機器有足夠的強度、剛度,同時還要保證有足夠的輸送量和消耗較小的動力，螺旋體是機器的核心,它需要設計的參數較多,且關系較復雜,相互制約影響,傳統設計方法計算復雜且不一定能得出最佳設計方案。

蟻群算法源于對自然界中螞蟻覓食行為過程的模擬，螞蟻在運動過程中會在所經過的路徑上留下一種稱為信息素的物質,后面的螞蟻可根據前面的螞蟻所留下的信息素選擇行進的路徑,路徑上走過的螞蟻越多,留下的信息素就越強,后面螞蟻選擇它的概率就越大，螞蟻群體的這種集體行為實際上構成了一種學習信息的正反饋現象, 螞蟻之間通過這種信息,交流通向食物的最短路徑，蟻群算法正是借鑒了這種優化機制，將問題的解表示為有序點列，螞蟻在相鄰節點間移走，釋放信息素，并由此指導螞蟻選擇下一個相鄰節點，通過個體之間的信息交流與相互協作最終找到最優解。

因此，需要提供針對上述現有技術不足的一種基于蟻群算法的螺旋輸送機優化設計方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于蟻群算法的螺旋輸送機優化設計方法，以至少解決螺旋輸送機傳統設計方法計算復雜且不一定能得出最佳設計方案的問題。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于蟻群算法的螺旋輸送機優化設計方法，步驟如下：

1)建立螺旋輸送機結構優化數學模型，該蟻群算法以螺旋輸送機結構的材料質量最輕為目標優化，以螺旋輸送機空心軸外徑、內徑、螺旋葉片直徑以及螺距為設計變量，并估計所述各設計變量的取值范圍，以剛度、功率、轉速、扭轉強度、輸送效率、變量的邊界限制、空心軸壁厚要求、葉片長度要求為約束條件，初定螺旋輸送機初始參數，包括螺旋長度、葉片厚度；

2)將用于確定螺旋輸送機設計方案的對應參數組負載于蟻群上，使一群的位置和信息濃度由該參數組來表示，蟻群的位置與信息素濃度對應的不同參數組可以確定不同的設計方案，每個位置和信息素濃度對應一種螺旋輸送機設計方案；

3)運用蟻群算法，通過對蟻群位置和信息素濃度的更新來達到在全局中搜尋最優解的目的；

4)搜尋結束后得出全局最優解，將該最優解對應參數轉化為螺旋輸送機的對應設計參數，進而確定螺旋輸送機的設計方案。

進一步的，第3)步采用蟻群算法來搜尋蟻群的全局最優解，具體優化公式為：