[发明专利]一种基于混合NSGA-II的加工工件虚拟单元构建方法

说明书

本发明属于虚拟单元构建领域，并具体公开了一种基于混合NSGA‑II的加工工件虚拟单元构建方法。所述方法包括：参数定义和初始化，生成种群规模为Y的初始种群y，计算初始种群y中各个个体的适应度值，以形成交配池，根据定义的混合NSGA‑II模型的参数，将交配池中的个体进行交叉和变异，得到子代种群y*，根据Lévy flight搜索策略对子代种群y*中的个体进行随机搜索，得到更新子代种群y**，并以此输出虚拟单元构建中的多个目标函数的最优解。本发明能够根据设定的多个目标来搜寻多个虚拟单元中与加工工件最优加工匹配度最优的虚拟单元，并根据该虚拟单元为工件加工匹配生产条件。

技术领域

本发明属于虚拟单元构建技术领域，更具体地，涉及一种基于混合NSGA-II的加工工件虚拟单元构建方法。

背景技术

随着产品需求多样化时代的到来，制造企业面临着产品种类需求增多、顾客个性化需求不断提高、产品交货期不断缩短等问题的挑战，在此背景下，虚拟单元制造已成为现代制造企业的主要生产方式之一。而虚拟单元构建作为实现虚拟单元制造的第一步，它对制造企业能否及时响应顾客的需求起着决定性作用，因此对于该问题的研究就显得尤为重要。除此之外，在企业现实的生产制造过程中，往往不仅仅考虑一个目标，而是将多个目标综合考虑。在很多情况下，虚拟单元构建都是一个复杂多目标优化过程，其优化的目标可以为零件族相似性最大、加工成本最少、设备负荷最均衡等。因此，目前多目标虚拟单元构建已经成为学者和企业研究的热点问题之一。

NSGA-II是目前最流行的多目标进化优化算法之一，它具有运行速度快、解集收敛性好等优点，也是其它多目标优化算法的性能评价基准之一。然而，其应用在工件加工虚拟单元构建中时，由于NSGA-II算法设计的个体适应度值分配机制和个体选择机制，父代和子代合并种群中的重复个体会被赋予相同适应度值而可能被一起选择进入下一代种群，因此新种群中总会存在一部分重复个体，这使得算法在目标空间中的搜索效率降低。并且这种个体重复的现象不会随着算法运行时间的增长而消失，算法最终输出解集中仍会存在一定数量的个体在目标空间中是相同的，这导致算法解集的分布性变差，即工件加工虚拟单元构建不够优化，在工件加工匹配生产条件，出现了重复、质量不理想的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于混合NSGA-II的加工工件虚拟单元构建方法，通过将构建多个工件加工过程的虚拟单元，并结合混合NSGA-II算法和Lévy flight搜索策略，使得本发明方法能够根据设定的多个目标来搜寻多个虚拟单元中与加工工件最优加工匹配度最优的虚拟单元，并根据该虚拟单元为工件加工匹配生产条件，以及解决传统NSGA-II算法中虚拟单元中总是存在一些重复加工条件参数，而导致虚拟单元构建中参数搜索效率低、解空间分布性差、解质量不理想的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于混合NSGA-II的加工工件虚拟单元构建方法，包括以下步骤：

S1根据工件加工中的生产条件，构建加工工件的Y个虚拟单元，并对构成各个虚拟单元的参数进行定义和初始化，然后根据虚拟单元的参数对混合NSGA-II模型进行参数定义和初始化；

S2根据步骤S1的参数定义，将所述Y个虚拟单元定义为种群规模为Y的初始种群y，每个虚拟单元构成所述始种群y的个体，每个虚拟单元的参数构成个体的染色体，其中，Y为大于0的整数；

S3根据需要设定工件加工中的多个目标函数，并以此计算初始种群y中各个个体的适应度值，根据该适应度值获取初始种群y中各个个体的非支配排序等级，根据所述非支配排序等级以及各个个体的拥挤度选择交配个体，形成交配池；

S4根据定义的混合NSGA-II模型的参数，将构成交配池中个体的染色体的基因进行交叉和变异，得到子代种群y*；

S5根据Lévy flight搜索策略对子代种群y*中个体的基因进行随机搜索，调整构成子代种群y*中的的染色体的基因，得到更新子代种群y**；