重型數(shù)控機床多學科設計優(yōu)化若干關鍵技術研究.pdf

1、重型數(shù)控機床是由多個部件和子系統(tǒng)組成的復雜系統(tǒng)，相互之間存在不同程度的耦合關系，這給該產品設計帶來了很大的困難。將多學科設計優(yōu)化方法（MDO）應用到該類產品的設計之中，則能充分考慮復雜系統(tǒng)各學科之間的關聯(lián)，得到滿足設計要求的全局優(yōu)解；這對于提高重型數(shù)控機床設計水平和創(chuàng)新能力，具有較大的實際意義。 本課題受國家“863”高技術研究發(fā)展計劃項目2007AA04Z136、國家自然科學基金項目60573178和60736019支持，對重

2、型數(shù)控機床MDO應用中的的若干關鍵難點進行研究。研究內容包括總體設計的MDO模型建立、學科建模和MDO問題求解。 對多學科設計優(yōu)化方法與技術進行了較全面的介紹。對重型數(shù)控機床設計優(yōu)化發(fā)展情況進行了闡述。以重型數(shù)控雙柱立式車床為例，對機床總體設計的MDO建模進行了研究，給出了總體設計的MDF、IDF、CO、BLISS模型。 針對空間受力復雜的多油墊靜壓導軌的靜壓計算這一靜不定問題求解困難甚至無法求解的現(xiàn)狀，以靜壓導軌及其連

3、接部分剛性足夠大為前提，提出一種以油腔中心點共面/共線方程為協(xié)調條件的新的近似方法。用該近似計算方法建立了某重型數(shù)控立車橫梁－滑座導軌靜壓計算的學科分析模型。在此基礎上，采用元模型方法，對該橫梁－滑座靜壓導軌系統(tǒng)進行了設計優(yōu)化。 將導軌靜壓近似計算新方法用于該重型數(shù)控立車刀架系統(tǒng)設計中，建立了刀架系統(tǒng)精加工精度計算模型，進而建立了刀架系統(tǒng)的MDO模型。此優(yōu)化問題具有高階、多峰、非線性的特點，且全局優(yōu)解位于狹窄不規(guī)則的區(qū)域，導致基

4、于元模型技術和啟發(fā)式探索的優(yōu)化迭代困難。對此，提出了基于元模型的設計空間輪換（DSA）策略，即：先在位于該約束邊界上的子空間進行試驗設計，建立元模型；在隨后的每輪優(yōu)化迭代循環(huán)中，以元模型為分析代理，順序進行子設計空間上的啟發(fā)式全局探索、整個設計空間上的局部尋優(yōu)算法搜索、系統(tǒng)分析和更新元模型的操作，直至收斂。采用DSA策略，得到了該多學科優(yōu)化問題的全局優(yōu)解。 進行了考慮靜壓－結構耦合的重型數(shù)控立車工作臺導軌靜壓計算的數(shù)學建模與工作