Tính toán tối ưu kết cấu thân máy tiện dựa vào giải thuật di truyền

Nội dung text: Tính toán tối ưu kết cấu thân máy tiện dựa vào giải thuật di truyền

1. TÍNH TOÁN TỐI ƯU KẾT CẤU THÂN MÁY TIỆN DỰA VÀO GIẢI THUẬT DI TRUYỀN Nguyễn Thị Lan Hương - Học viên cao học khóa 2010A Ngành Kỹ Thuật Cơ Khí Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh TÓM TẮT Ngày nay, sản phẩm về máy tiêṇ trên thị trường ngày càng phong phú và đa dạng nhằm đáp ứng thị hiếu, yêu cầu của ngành cơ khí. Chính sự cạnh tranh đó đã dẫn đến việc liên tục cải tiến các tính năng, công dụng, chất lượng, mẫu mã của nó. Tuy nhiên kết cấu thân máy tiêṇ hiêṇ nay đều dư bền, vì công việc tính toán dựa trên hệ thống công thứ c kinh nghiêṃ . Ngoài ra việc tính toán tối ưu kết cấu thân máy tiện không dê ̃ dàng , đòi hỏi nhiều công sứ c . Vì các thông số phục vụ tính toán thường không đầy đủ . Bài báo trình bày giải thuật “tính toán tối ưu kết cấu thân máy tiêṇ dưạ trên giải thuâṭ di truyền” . Các kết quả nghiên cứu lý thuyết đã được kiểm nghiệm trên thân máy tiêṇ Charles Swing cho kết quả tốt. Từ khóa: Thiết kế má y, Giải thuật di truyền, Tối ưu kết cấ u thân má y. . . ABSTRACT OPTIMAL CALCULATION FOR LATHE MACHINE BODY STRUCTUREBASE ON GENETIC ALGORITHMS Nowaday, on demand of the Mechanical Engineering, more and more various of Lathe Machine is introduced to the market from Makers. This competition comes along with the continuously development for the Function, Quality and Models of Lathe Machine. However, most of Lathe Machine Body Structure has a over-durability because of this design phase is based on a experience formula system, beside the complex calculation from insufficent data. From the Algorithms Report: “Optimal Calculation for Lathe Machine Body Structure”, experimentalized theory research on body structure of Charles Swing machine give a good result. Key word: Machine design, Genetic Algorithms, Optimize Machine Body Structure 1. GIỚI THIỆU vật thể tròn xoay, các vật thể định hình. Máy tiện là loại máy cắt kim loại Trong máy Tiêṇ , thân máy là một trong được dùng rộng rãi nhất để gia công các những chi tiết quan trọng nhất của máy. 1
2. Độ chính xác, độ cứng vững của nó ảnh tục phát triển và di truyền cho thế hệ sau. hưởng rất lớn đối với quá trình làm việc Những cá thể và không thể di truyền cho và độ chính xác gia công. Nếu trong quá thế hệ sau. Trải qua nhiều thế hệ tiến trình làm việc nó bị biến dạng và rung hóa, các cá thể sẽ phát triển đến trạng động sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ độ chính thái tối ưu hoặc gần tối ưu theo yêu cầu. xác của máy. Việc tính toán thiết kế thân Các tính chất đặc trưng của GA: máy hiện nay chủ yếu dựa vào các công - Mang tính chất ngẫu nhiên thứ c kinh nghiệm trên cơ sở đô ̣cứ ng - Mã hóa các biến thay vì sử dụng vững của thân máy nên đô ̣chính xác chưa trực tiếp các biến cao. Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu - Duy trì và xử lý dựa trên một tập tính toán tối ưu kết cấu thân máy tiện dựa các lời giải, không dựa vào một lời vào giải thuâṭ di truyền. giải hay một điểm 2. NÔỊ DUNG NGHIÊN CỨ U - Tái sinh các lời giải tốt 2.1. Giải thuật di truyền - Phân biệt các lời giải bằng hàm Lý thuyết về giải thuật di truyền mục tiêu, không dựa vào đạo hàm (GA-Genetic Algorithm) được trình bày - Áp dụng các quy luật xác suất lần đầu tiên bởi John Holland. Giải thuật ngẫu nhiên. di truyền (GA) dựa trên thuyết tiến hóa 2.2. Phương phá p tính toán kết cấu thân của Darwin, giải quyết bài toán bằng việc máy tiện dựa vào công thứ c kinh mô phỏng quá trình tiến hóa của sinh vật nghiêṃ : trong tự nhiên. GA là một thuật giải và Để tính toán kết cấu thân máy tiện, ta mục tiêu của GA không nhằm đưa ra lời có thể dựa cào các công thức kinh nghiệm giải chính xác tối ưu mà là đưa ra lời giải sau: [1] tương đối tối ưu. - Tính chiều dày sơ bộ  của thân Quá trình tiến hóa xảy ra từ một tập máy tiện như sau: hợp những cá thể hoàn toàn ngẫu nhiên ở 2l B H tất cả các thế hệ. Trong từng thế hệ, tính =10 3 (1) thích nghi của tập hợp này được ước lượng, nhiều cá thể được chọn lọc định Trong đó: hướng từ tập hợp hiện thời (dựa vào thể H: Chiều cao thân máy trạng), được sửa đổi (bằng đột biến hoặc B: Chiều rộng thân máy tổ hợp lại) để hình thành một tập hợp : Bề dày thân máy mới. Tập hợp này sẽ tiếp tục được chọn - Theo [7] ta cũng có thể tính được lọc lặp đi lặp lại trong các thế hệ kế tiếp B, H dựa vào công thức: của giải thuật. H 3 = (2) Những cá thể có độ thích nghi cao B 4 hơn sẽ có khả năng sống sót cao hơn, tiếp 2
3. Các công thức kinh nghiệm trên chỉ 2.3.2. Giải thuật cho phép tính toán với các thông số H , B Chọn kết cấu máy nên kết quả còn haṇ chế , thân máy dư bền. 2.3. Xây dưṇ g giải thuâṭ tối ưu kết Xác định các thông số cấ u thân má y tiêṇ dưạ vào giải thuâṭ của kết cấu di truyền: 2.3.1. Chọn kết cấu nghiên cứ u Xác định các biến thiết Thân máy nghiên cứ u các thông kế H, B, δ, h, b số sau: + Chiều cao của thân máy H Thiết lập hàm mục tiêu + Chiều rộng của thân máy B f(H, B, δ , h, b) min + Bề dày của thân máy δ + Chiều cao của sườn h + Bề rộng của sườn b Thiết lập các bất đẳng th ức, đẳng thức ràng buộc Gọi hàm “ga” trong toolbox matlab Không thỏa Thỏa Kết quả tối ưu 2.4. Ứng dụng Ứng dụng cho m áy tiện Charles Swing 430x1000 là máy tiện cỡ trung bình. Với các thông số như sau: Hình 1: Các thông số tối ưu - Kích thước: dài 2300x rộng 1000x cao 1640mm 3
4. - Trọng lượng: 1500kg - Khoảng cách từ đường tâm thân - Chi tiết gia công: đường kính máy đến đường nối liền các mũi tâm  430mm, chiều dài 1000mm. của máy tiện: 425mm - Vật liệu: thép 45 - Lt = 2610 mm là chiềudài của máy tiện. - P =1500kg là trọng lượng của máy tiện (N). - 48 là hệ số đặc trưng cho trạng thái lắp đặt dầm. - E 210000 N / mm2 là mô-đun đàn hồi của vật liệu dầm khi kéo. - là góc xoắn Hình 5.2: Máy tiện Charles Swing 2 - G=82000N/mm là mô-đun đàn hồi trượt - Chiều dài băng máy: 1760mm - Chiều rộng băng máy: 300mm 2.5. Kết quả và thảo luận Sau khi tính toán ta có bảng kết quả sau: Phương pháp y B H  b h tính GA 0.0044 154.3944 193.9385 29.95 99.810 193.0806 Bằng tay 200 150 108 Quy hoạch 0.0050 118.3368 190.9274 30.0000 100.0000 190.0956 tuyến tính Máy tiện 230 285 15 80 120 Charles Swing GA so với phương pháp quy hoạch hơn so với GA. Mà mục tiêu của chúng tuyến tính. Kết quả đạt được có thể nói ta là đưa độ võng về giá trị nhỏ nhất. Vì gần giống nhau. Tuy nhiên độ võng trong vậy GA cho chúng ta một kết quả tối ưu phương pháp quy hoạch tuyến tính cao hơn. Cũng dựa vào bảng so sánh trên, ta 4
5. thấy rằng: kích thước B, H giảm đáng kể [2] Nguyễn Ngọc Cẩn, Máy Cắt Kim so với thực tế máy tiện Charles Swing. loại, NXB ĐH Quốc Gia tp. Hồ Chí Dù ba kích thước còn lại là , b, h là Minh. tăng. Nhưng do yếu tố quan trọng nhất [3] Trần Quốc Hùng, máy cắt kim trong năm yếu tố đó là B, và H. Vì chính loại, trường Đại học sư phạm kỹ thuật hai yếu tố này sẽ làm giảm được trọng TPHCM. lượng và kết cấu máy. Đây chính là yếu [4] Lê Xuân Huỳnh, Tính toán kết cấu tố mà chúng ta quan tâm. theo lý thuyết tối ưu, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2006 3. KẾ T LUÂṆ [ 5] Phạm Thị Ngọc Yến, Cơ sở Viêc̣ tính toán tối ưu kết cấu thân MATLAB và ứng dụng, Nhà xuất bản máy tiêṇ dưạ trên giải thuâṭ di truyền ta khoa học và kỹ thuật, 1999, 233 trang. rút ra những kết luận sau: [6] The Applications of Genetic - Có thể sử dụng giải thuật di truyền Algorithm in Stock Market Data Mining để tính toán tối ưu kết cấu thân máy Optimisation, Li Lin, Longbing Cao, tiêṇ mà không cần phải thiết lâp̣ bài Jiaqi Wang, Chengqi Zhang, Faculty toán tối ưu đầy đủ. of Information Technology, University - Kết quả tính toán d ựa trên giải of Technology, Sydney, NSW 2007, thuâṭ di truyền có đô ̣chính xác cao , Australia. kết cấu thân máy tiêṇ đáp ứ ng đươc̣ [7] Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Đắp yêu cầu kỹ thuâṭ, không dư bền. (1983), Thiết kế máy công cụ tập 1, NXB Khoa Hoc Và Kỹ Thuật. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Đắp (1983), Thiết kế máy công cụ tập 2, NXB Khoa Hoc Và Kỹ Thuật. 5
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.