基于蒙特卡洛方法和改进pso算法的装配公差优化设计

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1、华中科技大学硕士学位论文表1.2公差分析理论进展及成果表1.3公差分配理论进展及成果1.2.2计算机辅助公差设计未来发展趋势计算机辅助公差设计自上世纪提出以来经历近三十年的发展和国内外学者的深入系统研究，已经有了长足的进步并取得了可观的研究成果。但仍存在很多不足需要攻6华中科技大学硕士学位论文克，以公差分析软件为例，大多相关软件都集中在公差分析方面，而在公差模型的生成、ISO公差标准的支持、形位公差的支持及三维空间公差设计与分析的支持方面还有欠缺，需要进一步协同与整合。目前为以实现公差自动化设计为最终目标，未来的CAT研究趋势如下：（1）基于新一代ISO标准的CAT技术研究（2）虚拟环境下公

2、差设计与分析技术（3）并行公差设计（4）CAT软件系统的三维化和实用化1.3本文的主要工作与组织结构本文的结构安排如下：第一章，绪论，对本文的研究背景和意义进行阐述，对国内外计算机辅助公差设计的研究现状、未来发展趋势进行了总结与概述。第二章，公差设计理论与方法研究，从公差设计概述、公差建模、公差分析及公差分配四个方面介绍了公差研究领域，并重点分析了公差分析及公差分配中常用的方法，对其进行对比，突出了各方法的优缺点。第三章，基于Monte-Carlo模拟的公差分析，详细阐述了蒙特卡洛方法的特点及优点，以及它用于公差分析中的模式及步骤，并分别从线性尺寸链、非线性尺寸链和考虑形位公差的尺寸链三个方

3、面用实例验证了蒙特卡洛方法解决此类问题的优越性。第四章，基于最小成本法和改进PSO算法的公差分配，详细阐述了最小成本法在公差分配里的适用性原理及应用此法建立公差优化模型的步骤，针对建立的单目标约束模型，对PSO算法进行几点改进，并与原PSO算法进行对比，验证了改进后算法求解结果更优。第五章，对本文的研究工作所取得的成果进行了总结，并对计算机辅助公差设计未来的研究方向进行了展望。本文的组织架构图见图1.17华中科技大学硕士学位论文图1.1本文组织架构图8华中科技大学硕士学位论文2.公差设计理论与方法研究2.1公差设计相关概念公差应用于加工制造业的历史也将近100年，它的最初概念源于EliWhi

4、tney的互换性思想，使得机器零件足够精确以达到装配互换性[24]。后来，在大批量生产需求的推动下，公差设计的研究转向提高可制造性和质量控制，尺寸链技术是公差设计的基本工具，近十几年来研究工作主要集中在满足设计功能需求、最小化制造成本和最大化可生产性，H.C.Zhang和M.E.Huq将公差研究按分析方法不同分为五类：尺寸公差链技术；公差中的几何模型；统计和概率模型；基于分析和综合的公差；基于成本公差算法[25]。（1）公差是指装配链中零件尺寸及几何参数的允许变动范围，尺寸和公差标准中包含尺寸公差和几何公差两类。其中几何公差又包括形状公差、定向公差、定位公差和跳动公差等，具体形位公差特征项目

5、及符号表示可见表2.1[26]。表2.1《形状和位置公差》国家标准（GB1182-80）的规定分类项目符号分类项目符号平行度形直线度位定垂直度平面度向倾斜度状置同轴度圆度定对称度圆柱度位公公位置度跳线轮廓度圆跳动面轮廓度全跳动差差动（2）互换性是指按规定的技术条件和要求（主要是几何精度要求）来分9华中科技大学硕士学位论文别制造机械产品的各组成部件与零件，使其在装配和更换时，不需任何挑选（对批量生产）、辅助加工和修配，就能顺利地装入整机中预定位置，并能满足使用功能能要求[27]。互换性是在机械制造如仪器仪表行业以及其他行业中，产品设计制造的重要原则，遵守及较好利用此原则将可是能企业获得最佳的经

6、济效益和社会效益[28]。（3）公差链是指在机器装配或零件加工过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组，又称尺寸链。组成公差链的每个基本尺寸叫链环，链环又分为封闭环和组成环[28~30]。封闭环是在装配过程或加工过程中尺寸链上自然而然形成的最后一环。组成环则是尺寸链中剩余的其他环，它将直接地影响这封闭环。由此看出，尺寸链一般具备两个性质：i封闭性，即各链环首尾相接构成封闭形，因此据有单一封闭性；ii各链环独立性，即每个独立链环都能对封闭环造成影响。(4)公差表示是指在计算机中采用某种公差描述模型对某一实体模型或者特征模型的尺寸（公差）进行基于数学语义上准确表述，它包括零件层面的公差信息模型和

7、装配层面的公差拓扑关系模型[31][32]。它同时要求对公差数据存储和公差语义的支持。（5）公差设计公差设计包括公差分析与公差分配，是指根据各组成环尺寸的上、下偏差求解封闭环的上、下偏差和根据封闭环的上、下偏差求解各组成环尺寸的上、下偏差。公差设计是基于面向三个精度方面的优化设计，分别是尺寸公差、形位公差和表面粗糙度，且在几何量数值大小上看，三种精度设计由大到小依次递减。而且在一般情况下，尺寸公差、形位公差应