馬文軍

（黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院佳木斯分院，黑龍江 佳木斯 154004）

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的工程機(jī)械產(chǎn)品在其裝配流程中的分組配置時(shí)，對(duì)于各個(gè)指標(biāo)的精度規(guī)定比較高，假如精度不達(dá)標(biāo)，不但可能造成相關(guān)產(chǎn)品發(fā)生不必要的質(zhì)量瑕疵，嚴(yán)重的情況可能會(huì)威脅到生產(chǎn)線上現(xiàn)場(chǎng)裝備人員的安全。特別是在加工制造農(nóng)業(yè)工程機(jī)械設(shè)備的進(jìn)程中，在保證相關(guān)產(chǎn)品最終品質(zhì)的情況下，需要做到成本的最合理，為此在導(dǎo)入相關(guān)設(shè)備的時(shí)候必須對(duì)于相關(guān)設(shè)備實(shí)施相應(yīng)的約束操作，應(yīng)用裝配方面的技術(shù)強(qiáng)化各個(gè)零部件配置的安裝精度。裝配過程也就是把各個(gè)零配件實(shí)施深度的加工，經(jīng)過零配件配置和加工制造出精度指標(biāo)更理想的產(chǎn)品，降低零配件的不合理庫(kù)存數(shù)量，減少報(bào)廢損失的前提下最大限度地優(yōu)化新設(shè)備的各項(xiàng)成本。因此對(duì)于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械裝備進(jìn)行分組裝配優(yōu)化和配置實(shí)施深入研究和分析有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備分組裝配優(yōu)化的配置數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)述

1.1 農(nóng)業(yè)工程機(jī)械設(shè)備零配部件質(zhì)量方面的公差等級(jí)分組

本文把農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的工程機(jī)械設(shè)備的零配件作為研究的基本問題，以工程機(jī)械設(shè)備的實(shí)際情況為基礎(chǔ)計(jì)算零配件間的公差數(shù)值，根據(jù)公差的具體情況劃分出零配件的公差等級(jí)[1]，也就是一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)，這些公差等級(jí)的區(qū)別主要是和新產(chǎn)品公差間的數(shù)值大小，一級(jí)公差的差值是0，二級(jí)公差的差值是Φ，三級(jí)公差的差值是γ，且有公差等級(jí)之間的關(guān)系為γ＞Φ＞0。農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品如圖1所示。

圖1 農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品

1.2 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備分組裝配的優(yōu)化配置過程的邊界約束函數(shù)簡(jiǎn)述

參考零配件間的公差數(shù)值，可以劃分出相應(yīng)的精度等級(jí)，并且在零配件裝配流程中增加其尺寸鏈、成本數(shù)值及損失打下的函數(shù)等邊界條件，并且需要達(dá)到最終配置之后的綜合成本最小值，從而生成農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備配置過程的約束函數(shù)。

1.3 農(nóng)業(yè)工程機(jī)械設(shè)備質(zhì)量損失方面的公差函數(shù)簡(jiǎn)述

通常來講，各種不同類型的精度數(shù)值等級(jí)的零件的裝配結(jié)果由于公差數(shù)值的差異將會(huì)造成目標(biāo)數(shù)值發(fā)生相應(yīng)的誤差，因?yàn)椴煌燃?jí)的誤差情況下制造出來的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備的最終品質(zhì)也各不相同，隨后根據(jù)有關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量方面的特性，生成一系列和此類產(chǎn)品相對(duì)應(yīng)的零配件損失的公差方面的函數(shù)關(guān)系，應(yīng)用定量分析的模式可以得到各種精度等級(jí)數(shù)值情況下零配件質(zhì)量方面損失程度的具體的量的關(guān)系。

1.4 尺寸鏈的邊界約束條件簡(jiǎn)述

一般情況下，為了提高農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量，必須確保零配件的加工精度，為此本文依據(jù)裝配工程中有關(guān)尺寸鏈方面的內(nèi)容來分析和研究零配件及裝配過程中的尺寸精度?？梢栽O(shè)定農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備的裝配過程中需要的零配件總共有n個(gè)，當(dāng)中產(chǎn)生的閉環(huán)類型的尺寸鏈系統(tǒng)總共有m個(gè)，借助極值的方法來進(jìn)行分析相關(guān)的尺寸鏈可以得到，若想達(dá)到閉環(huán)內(nèi)部的尺寸標(biāo)準(zhǔn)就要高于或等于增環(huán)和及減環(huán)和間的差值。

2 通過改進(jìn)相關(guān)粒子群的算法來求解數(shù)學(xué)模型

2.1 極值的更新過程

粒子群類型的計(jì)算方法具有函數(shù)的收斂性能優(yōu)良、魯棒性相對(duì)比較好及計(jì)算過程容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢(shì)，不過該方法也有特定的缺陷，也就是容易發(fā)生局部收斂的情況，所以在計(jì)算的進(jìn)程中必須假如小生環(huán)境共享的因子來進(jìn)行調(diào)節(jié)。這個(gè)過程的本質(zhì)原理即為應(yīng)用2個(gè)單獨(dú)的個(gè)體之間具有的相似性的特性，采用共享類型的適應(yīng)度函數(shù)關(guān)系來計(jì)算位于群體內(nèi)部的相關(guān)個(gè)體自身的適用程度，確保在后期的進(jìn)化操作過程之中，粒子群類型的計(jì)算方法能夠按照現(xiàn)階段的適應(yīng)程度來實(shí)施相應(yīng)的計(jì)算步驟，保證粒子種群在進(jìn)化之后具有適當(dāng)?shù)亩鄻有蕴卣鱗2]。

2.2 動(dòng)態(tài)化歸檔的極限值對(duì)于外部集合的更新操作

動(dòng)態(tài)化歸檔相關(guān)的技術(shù)具有的本質(zhì)特征即為把現(xiàn)階段最適合的粒子導(dǎo)入到正在運(yùn)算的電腦設(shè)備之中，確保最適合的個(gè)體具有連續(xù)性及群體集合的優(yōu)秀屬性，從而防止群體組織發(fā)生退化方面的情況。

2.3 數(shù)學(xué)模型的解析過程簡(jiǎn)述

（1）把相關(guān)個(gè)體的極值、粒子群系統(tǒng)、參數(shù)數(shù)值初始化以及速度數(shù)值實(shí)施相應(yīng)的初始化操作處理，并且產(chǎn)生隨機(jī)的初始群體集合的坐標(biāo)。

（2）在系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)的條件下，分別計(jì)算出所有粒子部分的適應(yīng)程度數(shù)值。

（3）對(duì)于Pareto解析集實(shí)施排除操作，挑選出初始群體集合中的非支配類型的解集，并把這類解集保存以待后續(xù)使用。

（4）經(jīng)過適應(yīng)程度共享的運(yùn)算機(jī)理來導(dǎo)出粒子群內(nèi)部的小生環(huán)境數(shù)值及共享的適應(yīng)程度數(shù)值。

（5）持續(xù)進(jìn)行運(yùn)算操作，得到全新的粒子單體的極限數(shù)值，設(shè)定相關(guān)的粒子在當(dāng)前情況下的更新區(qū)域的平均適應(yīng)程度數(shù)值要比之前的粒子要好些，這樣的情況就要留取這個(gè)全新的粒子單體的極限數(shù)值，如果不是這樣的情況，就無須更改單個(gè)粒子單體的極限數(shù)值。

（6）進(jìn)一步在適應(yīng)程度的極限數(shù)值及輪盤的操作模式的前提下得到相關(guān)粒子集合的最理想位置。

（7）對(duì)于當(dāng)前的群體進(jìn)行識(shí)別，決定是否可以終止計(jì)算過程，如果不符合相應(yīng)的終止條件，則進(jìn)行后續(xù)的迭代操作，一直到計(jì)算的結(jié)果滿足終止條件為止，把計(jì)算的結(jié)果輸出，并且終止相關(guān)的迭代操作。

（8）將全部的群體集合與保存好的粒子進(jìn)行混合操作，根據(jù)動(dòng)態(tài)歸檔存放的解決方案，挑選出最后用于進(jìn)化的種群集合，并且應(yīng)用其來代替前面一次的迭代操作所得到的種群集合，這個(gè)過程一直進(jìn)行到迭代操作滿足終止的條件為止，隨后生成Pareto系統(tǒng)的最適合的解集，從而實(shí)現(xiàn)粒子集群算法的整個(gè)過程，求解之后得出配置數(shù)學(xué)模型中的最適合的解集，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備分組裝配最優(yōu)化配置操作過程。

3 實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果分析

3.1 解集的收斂性分析

解集的收斂性體現(xiàn)的是該方法能否迅速高效地得到結(jié)果并且進(jìn)行輸出，在相同的條件下應(yīng)用3種辦法實(shí)施同一種類農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備分組裝配的配置操作，對(duì)各類方法的收斂性進(jìn)行比對(duì)，收斂性越好的方式表明其配置方法越優(yōu)秀。通常來講，適應(yīng)程度數(shù)值越小，則個(gè)體就會(huì)越優(yōu)良，應(yīng)用最優(yōu)的單體的保留方式能夠得到相關(guān)的最優(yōu)秀的解集，提高相關(guān)算法解集的收斂性特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較情況如圖2所示。

圖2 3種解法的收斂性比較

上述解法當(dāng)中，適應(yīng)程度即為通過優(yōu)化設(shè)置之后農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備中有可能發(fā)生誤差的最大值，最佳的適應(yīng)程度數(shù)值應(yīng)該是0.1 mm。依據(jù)圖2可知，在經(jīng)過20次左右的迭代之后，此方法適應(yīng)程度數(shù)值為最小，此時(shí)得到解集的結(jié)果是最優(yōu)的適應(yīng)程度值，表明該方法不但有較好的收斂性，精度數(shù)值也比較理想，屬于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備分組裝配優(yōu)化配置過程中的最適合的解決方案。由于本方法在進(jìn)行分組配置之前就設(shè)置了有關(guān)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備分組裝配的數(shù)學(xué)模型，并且應(yīng)用改進(jìn)的粒子群類型算法進(jìn)行優(yōu)化操作和求解步驟，能夠保證農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備的等級(jí)及執(zhí)行效率，顯著提升系統(tǒng)配置的功能，增強(qiáng)收斂能力。

3.2 系統(tǒng)配置性能簡(jiǎn)述

在同樣的條件下借助3種方法對(duì)于10組參考樣本實(shí)施配置操作，每組樣本需要進(jìn)行200次的運(yùn)算，得到3種方法在所有實(shí)驗(yàn)過程中總體的時(shí)間消耗，時(shí)間越短，表明此方法的執(zhí)行效率越好，結(jié)果見表1。

由表1可得，本文方法在所有的實(shí)驗(yàn)過程中的總體時(shí)間消耗3種方法中是用時(shí)最少的，其他2種方法每組實(shí)驗(yàn)的總耗時(shí)都超過本文方法，證明了該方法的配置操作的執(zhí)行效率是最理想的。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備質(zhì)量是關(guān)鍵要求，不過其穩(wěn)定程度屬于單位進(jìn)一步發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)差是算法穩(wěn)定程度的方式，標(biāo)準(zhǔn)差的后果越小越表明設(shè)置精度區(qū)別越少，其穩(wěn)定程度就越強(qiáng)，配置方面的性能越理想，實(shí)際的比對(duì)見表1。本文工作方法產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值最小，說明此辦法配置效果的精度程度高，穩(wěn)定性效果比較優(yōu)秀，其他2種方法和本方法相比，穩(wěn)定性比較差，證明了該方法的配置效果比較理想。

表1 3種方法配置過程的總時(shí)間消耗

3.3 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備產(chǎn)出率

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備分組裝配配置的模式即為應(yīng)用庫(kù)房中能夠應(yīng)用的零配件加工之后裝配的新產(chǎn)品，最大限度地壓縮生產(chǎn)成本的前提下提升產(chǎn)量。為了評(píng)估相關(guān)優(yōu)化方案的優(yōu)劣，可對(duì)此3種方法應(yīng)用庫(kù)房零配件帶來的產(chǎn)出率進(jìn)行比較，產(chǎn)出率數(shù)值越大表示方法越理想，3種操作方法的產(chǎn)出率數(shù)據(jù)如圖3所示。由圖3可知，本文提出的計(jì)算方法得到的產(chǎn)出率數(shù)值在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中均為最理想，表明此方法的零配件應(yīng)用的效率最好，其他方法不但波動(dòng)的幅度比較明顯，并且產(chǎn)出率數(shù)值過小，不利于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備的配置操作，后期的經(jīng)濟(jì)損失將會(huì)很大，質(zhì)量也很難得到保障，說明本文提出的方法的產(chǎn)出率結(jié)果是最理想的[5]。

圖3 3種方法的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備的產(chǎn)出率

4 結(jié)束語

綜上所述，各領(lǐng)域中的機(jī)械產(chǎn)品都是由許多零配件組裝而成的，因?yàn)椴僮餮b備的持續(xù)更新和換代，將會(huì)余下許多舊產(chǎn)品的零配件，為提高新產(chǎn)品裝配工作的執(zhí)行效率，有效壓縮經(jīng)營(yíng)成本，提出了粒子群類型算法的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工程機(jī)械設(shè)備分組裝配優(yōu)化的配置的理念。此方法的主要原理是設(shè)置產(chǎn)品配置的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用改進(jìn)的粒子集合的計(jì)算方法來解析此數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)化配置的目的。通過實(shí)驗(yàn)表明，該方法能夠有效應(yīng)對(duì)收斂性差、產(chǎn)出率低下以及配置過程性能差的難題，為降低生產(chǎn)成本，提升利潤(rùn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。