开题报告-直线装配尺寸链优化求解方法研究.pdf

毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告 课题名称：直线装配尺寸链优化求解方法研究 学院：机械工程学院 专业：机械工程及自动化 课题名称：直线装配尺寸链优化求解方法研究 学院：机械工程学院 专业：机械工程及自动化 姓名：姓名： 学号：学号： 指导教师：指导教师： 二一六 年一 月 三十 日 目录 一 课题背景 目录 一 课题背景.1 1.1 研究背景.1 1.2 现状及意义.1 二 课题内容二 课题内容.2 2.1 课题目标 2 2.2 技术路线 3 2.3 可行性分析 3 2.4 关键技术分析 3 三 与课题相关工作基础和条件三 与课题相关工作基础和条件3 四 日程安排四 日程安排.5 五 参考文献五 参考文献.6 一 课题背景一 课题背景 1.1 研究背景1.1 研究背景 装配尺寸链优化对于如今机械工艺是非常重要的。 对于给多大公差是否合适都是需要 计算的，装配中是否干涉，都需要尺寸链计算来检查，可以降低制造控制成本。研究尺寸链 可以优化名义值和合理公差值，还能给出功能尺寸的范围。若能优化尺寸链的计算，会减少 大量人力物力。公差设计是在产品开发过程中的重要一步。这个题目经过广泛的调研,在不 同方面为系统的公差设计产生了一些公式和求解算法。 包括选择性的生产过程的最佳公差设 计问题指的是先进的公差设计问题， 其中也要考虑最佳的生产过程的选择和最佳公差。 这样 一个非线性的多元的最佳公差设计问题导致了一个非凸的组合解曲面。因为传统优化手段， 先进的公差设计问题很难有最佳解决手段。 一些包括相互关联的尺寸链和生产过程的装配使 这个问题更加复杂。 1.2 现状及意义1.2 现状及意义 在机器的装配工艺设计中，正确确定不同组成零部件的尺寸及精度，对于保证装配精 度要求非常重要，然而，对于装配尺寸链的解算，工艺人员需要反复试算、查找资料，容易 出错、遗漏，而且工作效率不高。目前装配工艺中公差管理有如下两种模式： A:一种是以欧洲和美国为首的以先进的公差管理软件（UGS 公司的 TEAMCENTER 中的 MOCK UP 软件）为技术手段，对整个公差链通过仿真的方式贯穿整个同步工程的服务过程， 从而完美的保证装配质量的体现。其缺点是价格相对较高。 B:以日韩企业为代表以经验为依托，通过公差管理表的形势，将整个公差管理目标逐 层分解到各个零件，最后用过样件来检验并调整公差的方法。这种方法价格相对低廉，但是 对技术提供方的资质审核非常重要，且精度较差，正逐渐被第一种方法取代。 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。 例如讨论公差与 制造成本之间的关系 ,同时从概率设计的角度提出了装配尺寸链可靠度的概念及计算方法。 建立了以总制造成本为目标函数、 装配尺寸链可靠度为约束条件的装配尺寸链优化设计数学 模型 1。 基于尺寸链原理,分析了工艺尺寸的解算过程,并引入矩阵方程,采用 MATLAB 语言编 写计算机程序,解决了与机械加工过程有关的尺寸及公差计算机解算问题,进一步提高了尺 寸链的解算速度和质量 2。 哈尔滨工业大学的孙宗宸，以发动机某零部件装配体为对象,提出了并行法和主次法来 解决基于多装配尺寸链的复杂装配体的优化选配,并建立了相应的优化选配的数学模型。在 分析蚁群优化算法基本原理的基础上,采用蚁群算法分别对发动机装配过程中的单尺寸链和 多尺寸链的优化选配问题进行了研究。分别给出了这两种优化选配类型的问题描述,完成了 算法的设计和实现 3。 桂林科技电子大学的匡兵，通过对实际混合公差设计问题的具体分析,建立了基于图论 的混合公差模型,运用专家系统初步实现了装配尺寸链的生成,建立了混合公差分配模型,运 用免疫遗传算法进行了公差优化分配,完成了混合公差设计原型系统的开发。讨论了公差与 制造成本之间的关系 ,同时从概率设计的角度提出了装配尺寸链可靠度的概念及计算方法。 建立了以总制造成本为目标函数、 装配尺寸链可靠度为约束条件的装配尺寸链优化设计数学 模型 4。同时，国际上也尝试运用先进的公差设计问题的解决方案，遗传算法，一种非传统 的全球性的优化技术因其内在优势被提出成为解决方法。 借助一些适当的例证可以阐述此方 法的应用。 “建立减少约束”的概念也其被引进，其中每个相似大小的零件都在一台机器上 生产，导致设计公差的单独价值和所有体系联系在一起 5。 二 课题内容二 课题内容 2.1 课题目标2.1 课题目标 (1). 调研相关研究方法，查阅论文、机制工艺学教材或手册回顾已学习的装配工艺尺寸链 计算算法，设计装配尺寸链优化求解模型。建立以装配零件加工经济性为目标，满足配合公 差要求为约束的零件精度设计优化模型。 (2). 软件编程完成： 典型加工方法经济精度、标准公差计算机检索； 基于统计互换装配方法以及优化模型，利用 Matlab 等工具实现优化算法； 结合交互界面，机内辅助求解装配件尺寸及精度 程序调试、测试。 (3). 参考工艺资料，选择装配尺寸链算例，分别验证装配方法软件计算结果，并作出分析 结论。 2.2 技术路线2.2 技术路线 研究现状 尺寸链优化 装配工艺尺寸链计算算法理论基础 研究分析 方案设计 工艺直线装配 设计装配尺寸链优化求解 模型 软件研制 软件需求分析 各装配对应算法 设计尺寸链数据结构 总结 程序调试 研究结果及后续改进 利用 Matlab 软件 优化算法 验证装配方法软件计算结果 窗体程序实现 2.3 可行性分析2.3 可行性分析 （1）工具：熟练掌握 Matlab 等工具。 （2）调研：经过自己查阅资料、进行文献调研，已经对这项课题有了大致了解。 （3）外在条件：在有导师的指导，以及科研基地的支持。 综上所述完成这项课题是完全可行的。 2.4 关键技术介绍2.4 关键技术介绍 （1） 对公差分析与公差分配研究领域内的理论与方法进行全面总结,归纳和提取了各方 法的优缺点及适用范围,通过系统对比,分析基于 PSO 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。 （2）学习研究 PSO 算法，将 PSO 算法在公差分析中的应用模式及流程进行分析。 （3）建立 PSO 算法的数学模型 F(x)=|Ti 2 -T0 2 |(1) St:Ti 2 T0 2 Ti接近于经济公差 Tc (2) 求解 minF(x) 其中 x=T1,T2Tn （4）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 PSO 计算封闭 环公差的有效方法。 （5）通过不同类型的装配场合,从公差设计函数的设计对 PSO 算法进行应用验证,并将 结果与传统的极值法、概率法进行对比。 （6）将加工制造的经济性与精度结合起来进行权衡考虑， 构建公差成本模型,将成本模 型加入数学模型。 （7）进行多次试验测试，改进和完善。 （8）制作窗口，结合交互界面，机内辅助求解装配件尺寸及精度 三 与课题相关工作基础和条件三 与课题相关工作基础和条件 学院：东华大学机械工程学院 东华大学机械工程学院成立于 1999 年，具有悠久的办学历史。近几年，该院教师先后 承担和完成了一批国家“863”高技术研究发展计划项目、国家自然科学基金项目、国家和 省部市级重点攻关项目和企业合作科研项目。 一些成果先后获得国家发明奖、 国家科技进步 奖和上海市科技进步奖， 一些成果获国内外发明专利。 机械学院在纺织机械、 先进制造技术、 机电一体化和工业设计等方面已形成特色，在国内外具有一定影响。 四 日程安排四 日程安排 序 号序 号设计（论文）各阶段名称设计（论文）各阶段名称日期日期备注备注 1 1调研、开题报告、外文翻译 2015.12.282016.0 1.11 2分析研究课题任务， 提出尺寸链计算 模型及算法 2016.02.202016.0 3.20 3 3软件详细设计及编码， 实现装配尺寸 链计算； 2016.03.062016.0 4.05 4 4测试、改进和验证工作； 2016.04.062016.0 5.15 5 5撰写软件操作说明； 2016.05.162016.0 5.25 6 6整理笔记，撰写论文,答辩 2016.05.262016.0 6.05 五参考文献五参考文献 1.余顺年 杨国亮. 基于价值分析的装配尺寸链公差可靠性优化分配 2.王丽颖，等.工艺数字化系统中工艺尺寸及其精度的确定J.铁道学院学报. Vol.23，No.3 (2002.7）：56-59 3.孙宗宸.面向发动机装配的计算机辅助选配方法及系统开发.2007 4.匡兵. 尺寸公差与形位公差的计算机辅助混合设计研究.2007 5.Pradeep K.singh ,Satish C.jain ,Pramod K.jainAdvanced optimal tolerance design of mechanical assemblies with interrelated dimension chains and process limits,2015 6.王先逵主编.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社.1996 7.于骏一，邹青主编.机械制造技术基础. 北京：机械工业出版.2004 8.机械制造工艺手册.机械工业出版社.1980 9.王战中,王为杰等.工艺尺寸链的计算机解算.中国制造业信息化J.Vol34 NO.4 2005.4 10.刘建东; 常智勇; 莫蓉; 张栋; 魏江峰. 面向多尺寸链的计算机辅助选择装配模 型研究. 计算机集成制造系统J,2008.5 11.蔡延波; 曹增强; 李志成.基于尺寸容差的虚拟装配公差优化设计. 机械制造与自 动化J. 2006/04 12.孙征.产品的装配精度及工艺保证方法. 科技信息(学术版)J . 2007.5 13.马健兵编.Visual C#.NET. 北京: 中国水利水电出版社.2003 14.Craig Utley.SQL Server 2000 Web 应用程序开发指南M，清华大学出版社 2001.10 15.王恒; 宁汝新. 面向虚拟装配的产品公差模型J. 计算机集成制造系统 . 2006.7 16.Zha X F,Du H J ,Qiu J H. Knowledge2based App roach and System for Assembly Oriented Design J . En