[发明专利]基于区间的高速压力机滑块尺寸稳健设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于区间的高速压力机滑块尺寸稳健设计方法。

技术背景

在高速压力机设计中，滑块机构的设计至关重要，作为关键施力机构，其设计优劣直接影响着高速压力机的冲压精度和配套模具的使用寿命，所以需要对其尺寸进行优化设计，在保证重量与强度的基础上尽可能提高滑块刚度。

在工程实际中，高速压力机的设计存在着大量不确定性因素，这些因素会使得压力机的技术特性偏离规定的标准值，从而无法达到预期性能。许多企业尝试在制造和使用阶段通过控制不确定性因素来提高压力机性能，但这样往往会增加成本，且结果也未必理想。稳健设计作为一种综合考虑产品性能和成本的现代设计方法，能使产品的性能对制造或使用期间的各种噪声和不确定因素具有很强的抗干扰能力，使产品的性能更具稳定性。因此，对高速压力机滑块进行稳健性设计是很有必要的。

稳健性设计方法是由日本的田口玄一博士提出的产品质量管理思想发展而来的，到目前为止，已经有很多专家学者在工程实际中应用稳健性设计，推动了稳健性设计方法的发展。Lee K等于2001年在《Computers and Structures》上发表的论文“Robust optimization considering tolerances of design variables”中研究了设计容差对目标函数和约束函数的影响，采用加权法将基于一阶泰勒展开式的目标函数和偏差聚合为单目标，将约束函数的波动值作为惩罚项添加到原约束中，以实现目标与约束的稳健性设计；谢延敏等于2007年在《机械工程学报》上发表的论文“基于灰色系统理论的方盒件拉伸稳健设计”中，以灰色理论为基础，计算各个目标矢量与理想目标值之间的关联系数，从而将稳健设计中的多目标问题转化为以关联度为目标的单目标问题。这几种方法在处理多目标问题的时候大都是通过加权法或类似的方法将其转化为单目标问题，不利于优化过程中对单个目标的控制。Papadrakakis M等于2002年在《Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering》上发表的论文“Reliability based structural optimization using neural networks and Monte Carlo simulation”中，将蒙特卡罗仿真方法与神经网络相结合，从而预测设计目标的函数与方差；崔杰等于2011年在《机械工程学报》上发表的论文“基于双响应面模型的碰撞安全性稳健性优化设计”中，将材料特性作为不确定性因素，采用拉丁超立方抽样(LHS)方法和最小二乘方法创建碰撞响应的二阶多项式双响应面模型作为稳健设计模型；这几种方法都具有较强的灵活性，适用范围很广，但是存在着计算量过大的问题，且需要在设计初期掌握目标问题中不确定因素的统计数据或者概率分布情况；董荣梅在2010年大连理工大学博士学位论文中提出了基于区间分析的非概率稳健优化设计方法，该方法利用区间描述不确定因素的范围，不需要事先获取其概率分布情况，具有一定的先进性，但是在处理多目标问题时，仍是以加权法将其转化为单目标问题。而在高速压力机的稳健性设计中，不确定因素的概率分布难以获取，故需要提出一种基于区间描述的高速压力机稳健性优化方法，并能针对以上不足加以完善。

发明内容

为解决工程实际中不确定因素概率分布未知的情况下高速压力机滑块尺寸稳健性设计的问题，本发明提供了一种基于区间的高速压力机滑块尺寸稳健设计方法，并采用动态更新的多项式代理模型与双层嵌套的多目标遗传算法进行迭代寻优，仅需要了解问题中不确定因素的上下界，且采用基于排序的多目标遗传算法处理多目标问题。该方法能在保证稳健性要求的基础上得到符合约束要求的最优解。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于区间的高速压力机滑块尺寸稳健设计方法，包括以下步骤：

1、一种基于区间的高速压力机滑块尺寸稳健设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）以随区间不确定性参数变化的滑块性能指标中点最优和半径最小为目标，建立高速压力机滑块尺寸稳健设计模型；

根据高速压力机滑块设计的实际需求，选择影响滑块性能指标的结构尺寸参数作为设计变量，采用区间数描述影响滑块性能指标的不确定性参数，以随区间不确定性参数变化的滑块性能指标中点最优和半径最小为目标，建立基于区间的高速压力机滑块尺寸稳健设计模型如下：