一種基于遺傳算法的船用柴油機缸套活塞智能選配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及相配合的零部件的選配方法，具體涉及船用柴油機的缸套與活塞這兩 個相配合零件的選配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 船用柴油機的活塞與缸套是一一相配安裝的，最好是采用最優(yōu)配合精度將活塞套 在缸套內(nèi)部。因此，針對一批活塞與缸套，活塞與缸套之間的選配問題，可描述為η個尺寸 (活塞外徑）分別為{d^d^cb，……，d n}的活塞，與η個尺寸（缸套內(nèi)徑）分別為{D^Ds， D3,……，Dn}的缸套之間求解ID,-山|值達(dá)到或最靠近最優(yōu)配合精度的問題，其中：i = l、2、 3、……、n，j = l、2、3、……、n。設(shè)矩陣R為|Di-dj|的值，則
：Rij 越靠近最優(yōu)配合精度，則第i個活塞與第j個缸套之間的配合就越精良。
[0003] 活塞與缸套實際裝配過程不僅僅是滿足單對缸套活塞的配合盡可能地接近最優(yōu) 配合的問題，而是要使正在裝配的一批缸套活塞的整體配合水平達(dá)到配合要求。在活塞與 缸套裝配過程中，傳統(tǒng)的選配方法是:使用數(shù)據(jù)庫存儲活塞與缸套零件尺寸，將其進行遍歷 配對，選擇匹配精度較高的對應(yīng)零件進行裝配，或者按照零件尺寸大小順序排列的方法建 立匹配系統(tǒng)，這種傳統(tǒng)的選配方法智能性及可靠性都不高。
[0004] 根據(jù)實際生產(chǎn)裝配的需要，多種多樣的零部件選配原則陸續(xù)被提出，目前相對成 熟的選配原則包括：1)最優(yōu)選配原則:尋找符合最優(yōu)配合精度的零部件進行匹配;2)最佳選 配原則：當(dāng)沒有符合最優(yōu)配合精度的零部件時，以最靠近最優(yōu)配合精度的零部件進行匹配； 3)先進先出選配原則：當(dāng)匹配零部件之間滿足完全選配法選配時，為了避免零部件積壓，優(yōu) 先選擇最先入庫的零部件進行匹配。以上三種選配原則雖然很大一部分滿足了大多企業(yè)的 選配要求，但針對活塞與缸套，以上三種選配原則不能同時滿足使單對缸套活塞的配合盡 可能地接近最優(yōu)配合要求以及使正在裝配的一批缸套活塞的整體配合水平達(dá)到配合要求。
[0005] 遺傳算法是通過作用于染色體上的基因?qū)ふ液玫娜旧w來求解問題的方法，在遺 傳算法中，通過隨機方式產(chǎn)生若干個所求解問題的數(shù)字編碼，即染色體，形成初始群體;通 過適應(yīng)度函數(shù)給每個個體一個數(shù)值評價，淘汰低適應(yīng)度的個體，選擇高適應(yīng)度的個體參加 遺傳操作，經(jīng)過遺傳操作后的個體集合形成下一代新的種群，對這個新種群進行下一輪進 化。傳統(tǒng)的遺傳算法采用輪盤賭的選擇方法，這種方法是一種回放式隨機采樣方法，所有選 擇是從當(dāng)前種群中根據(jù)染色體的適應(yīng)度值，按某種準(zhǔn)則挑選出好的染色體進入下一代種 群。由于群體規(guī)模有限和操作等原因，使得個體十幾倍選中的次數(shù)與它應(yīng)該被選中的期望 值之間存在一定的誤差，有時甚至具有較高適應(yīng)度的個體也不能被選中。傳統(tǒng)的遺傳算法 米用尚散的二進制編碼進行表現(xiàn)值和染色體之間的轉(zhuǎn)換，存在一定的精度損失且算法效率 不夠尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有船用柴油機生產(chǎn)過程中活塞與缸套在選配方面存在 的問題，提出一種基于遺傳算法的船用柴油機缸套活塞智能選配方法，采用綜合選配原則， 在滿足單對缸套活塞的配合要求的前提下使一批缸套活塞的配合總體水平更接近于最優(yōu)。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種基于遺傳算法的船用柴油機缸套活塞智能選配方法 采用的技術(shù)方案是依次按以下步驟：
[0008] A、確定參與匹配的缸套和活塞數(shù)量各是n，對所有的缸套和活塞按阿拉伯?dāng)?shù)字的 順序依次進行編號，測量每個缸套和活塞的加工尺寸Di和d j，i = 1、2、3、……、n，j = 1、2、 3、……、n，Di為編號為i的缸套內(nèi)徑尺寸，dj為編號為j的活塞外徑尺寸;計算出缸套和活塞 匹配公差帶a~b，確定匹配精度為c值，a < c < b;
[0009] B、將缸套和活塞中每一對存在匹配關(guān)系的尺寸值進行差值計算，即計算Di-dj，得 到一組匹配尺寸差值{R1，R2，R3,……Ri，……Rn}，然后再計算出這一組匹配尺寸差值的平 均值瓦，最后計算出整體方差{1
[0010] C、根據(jù)匹配精度c和整體方差值S設(shè)定遺傳算法適應(yīng)度函數(shù)object=wi*fi+w2*f2， wi、W2是影響系數(shù)，滿足wi+W2=l，fi= I (Di-dj)-c| ;
[0011] D、用缸套與活塞的阿拉伯?dāng)?shù)字編號作為基因?qū)嵵稻幋a，隨機生成若干初始染色 體，選擇適應(yīng)度70%的染色體作為下一代染色體，將父代染色體中適應(yīng)度最高的染色體直 接完整復(fù)制到下一代，再經(jīng)交叉、變異，最終輸出最優(yōu)染色體，即最優(yōu)的活塞缸套編號的排 列順序。
[0012] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后具有的優(yōu)點是：
[0013] 1、本發(fā)明結(jié)合遺傳算法的運用，對裝配匹配規(guī)劃的遺傳算法代碼選擇、交叉、變異 方式進行了改進，簡化了編程復(fù)雜程度，合理解決了編碼內(nèi)部產(chǎn)生的匹配規(guī)劃出錯等問題， 調(diào)用遺傳算法工具箱函數(shù)，更為快捷地生成了匹配優(yōu)化序列。
[0014] 2、為了計算以及編程的便捷，本發(fā)明直接使用零件的編號作為基因?qū)嵵稻幋a，此 種編碼方式不需要進行表現(xiàn)值和染色體之間的轉(zhuǎn)換，減少了內(nèi)存需求，沒有精度損失，且提 高了算法效率。
[0015] 3、本發(fā)明將裝配過程相近的零部件經(jīng)預(yù)處理編碼在一起，從而減少了計算時間， 提高了種群收斂性。函數(shù)適應(yīng)度值采用函數(shù)進行系統(tǒng)分配。
[0016] 4、本發(fā)明采取最佳保留選擇算法取代傳統(tǒng)遺傳算法中的輪盤賭選擇方法，將當(dāng)前 群體中適應(yīng)度最高的個體結(jié)構(gòu)完整地復(fù)制到下一代群體中，保證遺傳算法終止時得到的最 后結(jié)果是歷代出現(xiàn)過的具有最高適應(yīng)度的個體，并且交叉采用兩點式交叉方法。
[0017] 5、本發(fā)明中的變異方法為在滿足變異概率時，將染色體基因的序列前后互換，打 破了常規(guī)的變異模式，有效地避免了基因重復(fù)現(xiàn)象的發(fā)生。
[0018] 6、本發(fā)明中的停止規(guī)則通過設(shè)定遺傳代數(shù)來控制，遺傳代數(shù)達(dá)到設(shè)定值則計算停 止，輸出當(dāng)前的最優(yōu)匹配序列。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明一種基于遺傳算法的船用柴油機缸套活塞智能選配方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0020] 參見圖1，不同的船用柴油機，由于缸數(shù)不同，裝配批次不同，所以存在不同數(shù)量的 待裝的缸套和活塞。首先要分析裝配體匹配類別，確定參與匹配的零件組件，比如某型號的 柴油機為十六缸柴油機，則裝配m臺柴油機時，需要16m對缸套與活塞參與匹配，可確定出參 與匹配的缸套和活塞的數(shù)量各是n=16m。然后對所有的缸套和活塞按阿拉伯?dāng)?shù)字的順序依 次進行編號，比如給16m個缸套分別編號為1、2、3……16m，給16m個活塞也分別編號1、2、 3......16m〇
[0021 ] 測量每個參與匹配的缸套和活塞的加工尺寸Di和dj，
[0022] i = l、2、3、……、n，j = l、2、3、……、n，n是缸套和活塞的數(shù)量，Di為編號為i的缸套 內(nèi)徑尺寸，dj為編號為j的活塞外徑尺寸。對所有參與匹配的缸套和活塞的零件加工尺寸 Di、dj的信息進行存儲管理，封裝錄入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。然后經(jīng)計算設(shè)置出其匹配公差帶為a ~b，確定匹配精度為c值，a^c^b，當(dāng)活塞與缸套的匹配公差越接近最優(yōu)匹配精度c時，則 匹配越優(yōu)。
[0023] 數(shù)據(jù)庫中的活塞與缸套尺寸信息如下表1所示：
[0024] 表 1
[0025]
[0026] 由表1可知，符合加工精度要求的活塞及缸套，在彼此匹配過程中，需要滿足匹配 精度- iCOc (a，:b)的要求，才能滿足其裝配質(zhì)量要求，且活塞與缸套的尺寸差值 (/J : 越接近匹配精度c，就是越接近最優(yōu)匹配公差值，則匹配精度越高。
[0027] 在缸套與活塞的選配過程中，規(guī)劃出匹配規(guī)則：優(yōu)選實際尺寸匹配精度 (D 等于或靠近匹配精度c的缸套與活塞進行匹配，作為匹配條件保證每對缸套與 活塞之間的匹配精度得到優(yōu)化。將所有參與匹配的缸套和活塞中每一對存在匹配關(guān)系的缸 套和活塞的尺寸值進行差值計算，即計算Di-d j，i = l、2、3、......、n，j = l、2、3、......、n，n是 缸套和活塞的數(shù)量，得到一組匹配尺寸差值{R1，R2，R3,……Ri，……Rn}，其中Ri為編號為i 的缸套的實際內(nèi)徑尺寸值與和其匹配的活塞的實際外徑尺寸值的差值。同時計算出這一組 匹配尺寸差值{Rl，R2，R3，……Ri，……Rn}的平均值I，再計算出整體方差值
，將所得的平均值U的整體方差值S作為衡量匹配 整體優(yōu)劣的評判標(biāo)準(zhǔn)，控制整機所有批量的缸套與活塞