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基于蒙特卡洛方法和改进PSO算法的装配公差优化设计

作　者: 董银月
导　师: 邱浩波；蒋平
学　校: 华中科技大学
专　业: 工业工程
关键词: 计算机辅助公差设计公差分析蒙特卡洛公差分配最小加工成本法改进PSO算法
分类号: TG801
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着计算机技术的迅猛发展,计算机辅助技术在生产与制造领域越来越受到重视, CAD/CAM均有了长足进步并取得了多项重大进展,而在产品设计和制造过程中占据重要地位的计算机辅助公差设计(CAT)则起步较晚,发展相对滞后,但自上个世纪90年代以来,经过国内外学者近20年的努力研究,也取得了一些理论进展并应用到工程实际中。在对国内外CAT技术研究现状进行充分调研的基础上,本论文针对计算机辅助公差设计领域内的两个关键问题,即公差分析与公差分配问题,分别从模拟仿真和系统优化两方面进行深入的研究和有益的尝试,力图提高公差设计方法的效率。首先,对公差分析与公差分配研究领域内的理论与方法进行了全面总结,归纳和提取了各方法的优缺点及适用范围,通过系统对比,分析了基于蒙特卡洛的公差分析方法与基于优化技术的公差优化分配方法在解决公差问题上的所具有的优越性。其次,研究了蒙特卡洛在公差分析中的应用模式及流程,利用Matlab编程工具对装配尺寸链各组成环进行随机抽样,并给出了计算封闭环公差的有效方法。然后通过三个不同类型的应用场合(减速箱箱体装配链、内燃机曲柄连杆活塞机构装配链及卧式机床两顶尖等高装配链),分别从线性公差设计函数、非线性公差设计函数及考虑形位公差的公差设计函数三方面对本文的蒙特卡洛法进行了应用验证,并将结果与传统的极值法、概率法进行了对比,结果表明在同等装配精度要求下,蒙特卡洛法可适当降低各零件的加工精度,从而降低了成本。接着,研究了基于最小加工成本法的公差优化分配方法,相较于传统的等精度法和等公差法,本方法将加工制造的经济性与精度结合起来进行了权衡考虑。首先构建了公差成本模型,然后从极值法和概率法两方面构建了两种不同的带约束条件的公差优化分配模型;此外,对PSO算法进行了改进以能够更有效地求解单目标约束优化问题,在某减速器齿轮轴系装配链公差分配问题上进行了应用,将结果与未改进前的PSO算法对比,证明了改进后结果更优,与此同时,通过将概率法约束条件下的求解结果与极值法结果的比较,表明在相同的装配精度要求下,前者加工总成本更低,更加符合经济性要求。最后对全文研究工作进行了总结,指出了进一步的研究方向。

基于蒙特卡洛方法和改进PSO算法的装配公差优化设计

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