基于區間約束違反度的高速壓力機滑塊機構尺寸優化方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于區間約束違反度的高速壓力機滑塊機構尺寸優化方法，首先建立基于區間變量的高速壓力機滑塊機構尺寸優化模型；再構建預測目標函數和約束函數值的多項式響應面模型；利用兩層嵌套的遺傳算法來求解基于區間變量的滑塊機構尺寸優化問題；通過內層遺傳算法與多項式響應面模型計算外層遺傳優化進程中所有個體對應的目標和約束區間的上下界，從而獲得其相應的區間中點及半徑，并計算出其對應的區間約束違反度；利用基于區間序的優于關系準則對外層遺傳優化種群中的所有個體進行優劣排序，以確定其適應度；當外層優化達到最大進化代數時輸出適應度值最大的個體作為最優解。本發明真正實現考慮區間不確定性的壓力機滑塊機構尺寸優化。
【專利說明】基于區間約束違反度的高速壓力機滑塊機構尺寸優化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于區間約束違反度的高速壓力機滑塊機構尺寸優化方法。
技術背景
[0002]滑塊機構作為高速壓力機的關鍵施力部件，其設計優劣對高速壓力機的性能有著直接而重要的影響。為保證沖壓產品的精度和配套模具的使用壽命，在確定壓力機滑塊機構的拓撲形狀后，還需對其尺寸進行優化，以盡可能提高滑塊的剛度，并保證其重量和強度符合客戶需求。
[0003]高速壓力機實際設計制造中，其滑塊材料特性通常存在一定的不確定性而只能確定其變化范圍。傳統方法往往忽略這些不確定性，建立確定性的優化模型并利用確定性優化算法進行求解，其所得最優方案在實際生產中往往因材料特性的波動而并非最優，有時甚至無法滿足壓力機滑塊的剛度要求。因此，要獲得真正符合實際生產需求的最優設計方案，首先必須建立充分考慮這些不確定性因素的高速壓力機滑塊機構優化模型。
[0004]將存在不確定性的高速壓力機滑塊材料特性描述成區間變量，建立滑塊機構的尺寸優化模型，則目標函數和約束函數均為區間型不確定變量的連續函數，其可能取值范圍均構成一區間，無法用傳統確定性的優化方法進行求解。目前求解此類優化問題的常用方法是，通過區間可能度法或區間序關系將區間優化問題轉換為確定性優化問題，進而利用現有確定性優化問題的求解方法來獲取轉換后兩層嵌套確定性優化問題的最優值。Jiang 等于 2008 年在《European Journal of Operational Reserach)) (188:1-13)的論文“A nonlinear interval number programming method for uncertain optimizationproblems”中提出基于區間序關系將單目標區間優化問題轉換為最小化目標函數區間中點及半徑的雙目標確定性優化問題。姜潮2008年在湖南大學博士學位論文“基于區間的不確定性優化理論與算法”(第13-33頁)中提出基于區間可能度法，通過設置相應的可能度水平將區間約束轉換為確定性約束，并在此基礎上，通過加權法和罰函數法將雙目標約束優化問題轉換為單目標無約束優化問題進行求解。這些將區間優化問題轉換為確定性優化問題進行求解的方法存在以下不足:1)轉換過程中，可能度水平、權系數、罰因子等參數的選擇存在較大的主觀隨意性，而這些參數的取值對優化結果有著直接而重要的影響，不恰當的參數取值將難以保證轉換后單目標無約束確定性優化求解所得設計方案在實際工程中的可行性和有效性；2)將區間優化問題轉換為確定性優化問題進行求解的過程中必將丟失不確定性建模時所描述的不確定性信息，這也違背了建立區間優化模型求解高速壓力機滑塊機構尺寸優化問題時真實反映其客觀不確定性本質的初衷。造成這些不足的根本原因在于，現有方法在處理區間優化問題時均先將其轉換為確定性優化問題，而這一轉換過程必然導致參數選擇時的主觀隨意性和不確定性信息的丟失，難以反映區間不確定性優化問題的本質。因此，要克服這些不足，就必須避免基于區間變量的高速壓力機滑塊尺寸優化問題向確定性優化問題的轉換過程，探索一種與現有間接求解方法截然不同的區間優化問題直接求解方法。通過對區間目標函數值優劣的直接比較、區間約束函數值滿足條件與否的直接判斷，對給定設計空間內的所有設計方案進行優劣比較和排序，在此基礎上確定高速壓力機滑塊尺寸的最佳設計方案。
【發明內容】
[0005]為解決實際工程中具有不確定性參數的高速壓力機滑塊機構尺寸優化問題，并克服現有方法在求解區間優化模型時均先將其轉換為確定性優化模型而導致不確定性信息丟失且難以反映不確定性優化問題本質的不足，本發明提供了一種基于區間約束違反度的高速壓力機滑塊機構尺寸優化方法，建立基于區間變量的高速壓力機滑塊機構優化模型，基于區間約束違反度和優于關系準則實現區間優化模型的直接求解，避免了從區間優化模型到確定性模型的轉換過程。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:一種基于區間約束違反度的高速壓力機滑塊機構尺寸優化方法，包括以下步驟:
1)建立基于區間變量的高速壓力機滑塊機構尺寸優化模型:
確定壓力機滑塊機構尺寸優化的目標和需考慮的約束條件，設計變量及其取值范圍，優化中需考慮的不確定性參數及其波動范圍，建立如下滑塊機構尺寸優化模型:
【權利要求】
1.一種基于區間約束違反度的高速壓力機滑塊機構尺寸優化方法，其特征在于，包括以下步驟: .1)建立基于區間變量的高速壓力機滑塊機構尺寸優化模型: 確定壓力機滑塊機構尺寸優化的目標和需考慮的約束條件，設計變量及其取值范圍，優化中需考慮的不確定性參數及其波動范圍，建立如下滑塊機構尺寸優化模型:
2.根據權利要求1所述的基于區間約束違反度的壓力機滑塊機構尺寸優化方法，其特征在于，所述第5)步中，采用中點和半徑形式的區間數來描述約束違反度，從而可利用區間序來比較不同設計方案所對應約束違反程度的大小。
3.根據權利要求1所述的基于區間約束違反度的壓力機滑塊機構尺寸優化方法，其特征在于，所述第6)步中，利用基于區間序的優于關系準則對外層遺傳優化進程中的所有個體進行優劣排序，從而確定其適應度，避免了從(式I)約束非線性區間優化模型到確定性優化模型的轉換過程，實現了對基于區間變量的壓力機滑塊機構尺寸優化問題的直接求解。
【文檔編號】G06F17/50GK103699720SQ201310651312
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】程錦, 吳震宇, 劉振宇, 譚建榮 申請人:浙江大學