遺傳算法下機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)論文

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1遺傳算法設(shè)計(jì)

1．1基因編碼設(shè)計(jì)

編碼就是將遺傳算法中處理不了的空間參數(shù)轉(zhuǎn)換成遺傳空間的由基因組成的染色體或個(gè)體的過程．其中基因在一定意義上包含了它所代表的問題的解．基因的編碼方式有很多，這也取決于要解決的問題本身．常見的編碼方式有：二進(jìn)制編碼，基因用0或1表示，通常用于解決01背包問題，如基因A：00100011010（代表一個(gè)個(gè)體的染色體）；互換編碼，主要用于解決排序問題，如調(diào)度問題和旅行商問題，用一串基因編碼來表示遍歷城市順序，如234517986，表示在9個(gè)城市中先經(jīng)過城市2，再經(jīng)過城市3，依此類推；樹形編碼，用于遺傳規(guī)劃的演化編程或表示，其編碼的方法就是樹形結(jié)構(gòu)中的一些函數(shù)，本文采用的是樹形編碼．

1．2交叉算子設(shè)計(jì)

交叉運(yùn)算的含義是參照某種方式和交叉概率，將兩組相互配對的個(gè)體互換部分基因，生成新個(gè)體的過程．交叉運(yùn)算在遺傳算法中起關(guān)鍵作用，是產(chǎn)生新個(gè)體的主要方法．交叉操作流程如圖1所示．交叉操作首先判定要交叉的基因是否相同，如果相同進(jìn)行子基因組的交叉，然后再判定交叉是否完成，沒完成就繼續(xù)，完成就退出；如果交叉的基因不相同，就要選擇是否依據(jù)概率進(jìn)行基因交換，選擇交換就交換其所有的次級基因結(jié)構(gòu)，然后再判定交叉是否完成，選擇不交換就直接判定交叉是否完成．

1．3變異算子設(shè)計(jì)

變異操作從第i個(gè)子結(jié)構(gòu)開始．依據(jù)變異概率進(jìn)行第i個(gè)基因的變異，如果變異完成，就初始化其所有次級基因結(jié)構(gòu)，如果變異沒有完成，就進(jìn)行子基因組的變異操作．重復(fù)操作上面的步驟，直至變異操作結(jié)束．

2遺傳算法在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)是在研究人機(jī)協(xié)同方案設(shè)計(jì)的工作機(jī)制上，建立產(chǎn)品的人機(jī)分析、人機(jī)約束模型和協(xié)同方案設(shè)計(jì)求解模型，確立人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)的同步與異步交互、任務(wù)協(xié)同、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)可視化、易用性等工作機(jī)制．

2．1基于遺傳算法的數(shù)控車床設(shè)計(jì)

2．1．1數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)任務(wù)分解

首先確定數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)任務(wù)，然后根據(jù)多層次結(jié)構(gòu)知識進(jìn)化算法設(shè)計(jì)要求，將數(shù)控車床的總體設(shè)計(jì)任務(wù)分解。

2．1．2數(shù)控車床設(shè)計(jì)的基因編碼表示

依據(jù)數(shù)控車床設(shè)計(jì)任務(wù)分解的結(jié)果，可以得出數(shù)控車床設(shè)計(jì)的基因編碼圖．?dāng)?shù)控車床設(shè)計(jì)任務(wù)按多層次結(jié)構(gòu)劃分為床身、滑臺、刀架、尾臺、冷卻、控制器、電機(jī)．每個(gè)結(jié)構(gòu)都包含多個(gè)選擇方案．不同選擇方案的有些結(jié)構(gòu)含有子結(jié)構(gòu)，并且這些子結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)一步分解出多種選擇方案．通過數(shù)控車床設(shè)計(jì)的基因編碼，可看到數(shù)控車床設(shè)計(jì)任務(wù)每一層次的關(guān)系，包括各層次之間的約束關(guān)系．

2．2基于遺傳算法的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用

本研究以數(shù)控車床整體方案設(shè)計(jì)為例，對系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用測試．首先在知識庫中建立機(jī)械產(chǎn)品的基因編碼庫，然后通過開發(fā)的基于遺傳算法的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)，從知識庫中讀取基因編碼，再進(jìn)行選擇、交叉、變異操作，并通過指標(biāo)評價(jià)函數(shù)的評價(jià)，生成最佳設(shè)計(jì)方案．

作者:趙洪志袁志華單位:沈陽理工大學(xué)