一种新的矩阵公差模型约束条件建立和优化方法

doi:10.3901/JME.2016.01.123

机械工程学报

一种新的矩阵公差模型约束条件建立和优化方法

陈华¹, 林观生², 唐涛², 杨嘉², 金隼¹

1. 上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海 200240；
2.上汽通用五菱汽车股份有限公司柳州 545007

收稿日期:2015-01-13 修回日期:2015-08-13 出版日期:2016-01-05 发布日期:2016-01-05
通讯作者: 金隼，男，1973年出生，博士，研究员，博士研究生导师。主要研究方向为数字化装配质量控制。 E-mail：jinsun@sjtu.edu.cn
作者简介:陈华，男，1981年出生，博士研究生。主要研究方向为三维公差分析技术。 E-mail：chenhua@sjtu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(51121063,51175340)和国家科技重大专项(2014ZX04002011-3)资助项目

A New Approach of Constraints Establishment and Optimization for Matrix Tolerance Model

CHEN Hua¹, LIN Guansheng², TANG Tao², YANG Jia², JIN Sun¹

1. Shanghai Key Laboratory of Digital Manufacture for Thin-walled Structures, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240;
2. SAIC-GM Wuling Automobile Co., Ltd., Liuzhou 545007

Received:2015-01-13 Revised:2015-08-13 Online:2016-01-05 Published:2016-01-05

摘要/Abstract

摘要： 传统的矩阵公差模型依据特征顶点建立约束条件，不同位置和数量的顶点会导致计算精度和效率的不同。同时，传统算法难以应对存在大量非线性约束条件的优化问题。为此将一般性特征变动约束方程引入到矩阵公差模型中，通过蒙特卡洛仿真方法将符合约束条件的随机数代入目标函数进行优化计算，提高了模型的计算效率和可靠性，降低了优化难度。对比分析一个简单的装配案例，说明其有效性和实用性。

关键词: 公差, 矩阵模型, 蒙特卡洛, 优化, 约束

Abstract: The constraints of traditional matrix tolerance model are constructed by virtue of vertexes of features. Differences of locations and numbers of these vertexes may result in different computational accuracy and efficiency. Meanwhile, traditional algorithm of optimization is incapable of dealing with the situations where a large number of nonlinear inequalities exist. Therefore, the general variations and constraints of features are brought into the matrix model. Monte Carlo simulation is used to take these random numbers satisfying the constraints into computation process. This approach enhances the reliability and efficiency of the matrix model, and reduces its difficulty of the optimization. Comparative results of a simple assemble show the practicability and effectiveness of this approach.

Key words: constraints, matrix model, Monte Carlo, optimization, tolerance

中图分类号:

TP391

陈华, 林观生, 唐涛, 杨嘉, 金隼. 一种新的矩阵公差模型约束条件建立和优化方法[J]. 机械工程学报, doi: 10.3901/JME.2016.01.123.

CHEN Hua, LIN Guansheng, TANG Tao, YANG Jia, JIN Sun. A New Approach of Constraints Establishment and Optimization for Matrix Tolerance Model[J]. Journal of Mechanical Engineering, doi: 10.3901/JME.2016.01.123.

参考文献

[1] SHEN Z，AMETA G，SHAH J J，et al. A comparative study of tolerance analysis method[J]. ASME Journal of Computing and Information Science in Engineering，2005，5：247-256.
[2] AMETA G，SERGE S，GIORDANO M. Comparison of spatial math models for tolerance analysis：Tolerance-maps，deviation，domain，and TTRS[J]. ASME Journal of Computing and Information Science in Engineering，2011，11：012004-1-8.
[3] CHEN H，JIN S，LI Z，et al. A comprehensive study of three dimensional tolerance analysis methods[J]. Computer-Aided Design，2014，53：1-13.
[4] GAO J，CHASE K W，MAGLEBY S P. General 3-D tolerance analysis of mechanical assemblies with small kinematic adjustments[J]. IIE Transactions，1998，30：367-377.
[5] DAVIDSON J K，MUJEZINOVIC′ A，SHAH J J. A new mathematical model for geometric tolerances as applied to round faces[J]. ASME Journal of Mechanical Design，2002，124：609-622.
[6] DESROCHERS A，GHIE W，LAPERRIèRE L. Application of a unified Jacobian-Torsor model for tolerance analysis[J]. ASME Journal of Computing and Information Science in Engineering，2003，3：1-13.
[7] DESROCHERS A，RIVIèRE A. A matrix approach to the representation of tolerance zones and clearances[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology，1997，13：630-636.
[8] CLéMENT A，RIVIèRE A，SERRé P，et al. The TTRSs：13 constraints for dimensioning and tolerancing[J]. Geometric Design Tolerancing：Theories，Standards and Applications，1998，122-131.
[9] PRISCO U，GIORLEO G. Overview of current CAT systems[J]. Integrated Computer-Aided Engineering，2002，9：373-387.
[10] WHITNEY D E，GILBERT O L，JASTRZEBSKI M. Representation of geometric variations using matrix transforms for statistical tolerance analysis in assemblies[J]. Research in Engineering Design，1994，6(4)：191-210.
[11] SALOMONS O W. Computer support in the design of mechanical products[D]. University of Twente，The Netherlands，1995.
[12] ROY U，LI B. Representation and interpretation of geometric tolerances for polyhedral objects. II. Size，orientation and position tolerances[J]. Computer-Aided Design，1999，31(4)：273-285.
[13] 蔡敏. 基于数学定义的圆柱要素公差数学建模与分析技术的研究[D]. 杭州：浙江大学，2002.CAI Ming. Study on mathematical modeling and analysis of cylindrical feature[D]. Hangzhou：Zhejiang University，2002.
[14] 王正林，龚纯，何倩. 精通MATLAB科学计算[M]. 北京：电子工业出版社，2007. WANG Zhenglin，GONG Chun，HE Qian. Proficiency of scientific calculation with MATLAB[M]. Beijing：Publishing House of Electronics Industry，2007.
[15] 杜比. 蒙特卡洛方法在系统工程中的应用[M]. 西安：西安交通大学出版社，2007. DU Bi. Monte Carlo applications in systems engineering[M]. Xi’an：Xi’an Jiaotong University Press，2007.
[16] NIGAM S D，TURNER J U. Review of statistical approaches to tolerance analysis[J]. Computer-Aided Design，1995，27(1)：6-15.

一种新的矩阵公差模型约束条件建立和优化方法

A New Approach of Constraints Establishment and Optimization for Matrix Tolerance Model

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[1]	沈佳兴, 徐平, 于英华, 郑思贤. BFPC机床龙门框架组件优化设计及综合性能分析[J]. 机械工程学报, 2019, 55(9): 127-135.
[2]	喻曹丰, 王传礼, 解甜, 杨林建, 姜志. 基于GMM的高性能微定位工作台驱动系统的研制[J]. 机械工程学报, 2019, 55(9): 136-143.
[3]	廖中源, 王英俊, 王书亭. 基于拓扑优化的变密度点阵结构体优化设计方法[J]. 机械工程学报, 2019, 55(8): 65-72.
[4]	王晓慧, 郭士意, 车冬冬, 兰国生. 基于集合概念的虚公差理论与应用[J]. 机械工程学报, 2019, 55(7): 172-177.
[5]	滕儒民, 李玉鑫, 王欣, 赵哲. 基于凸优化的举高消防车时间最优轨迹规划[J]. 机械工程学报, 2019, 55(6): 138-144.
[6]	李玉鹏, 李孟泽, 王召同. 基于有向加权网络模型的复杂产品多源设计变更传播路径优化[J]. 机械工程学报, 2019, 55(6): 213-222.
[7]	石小秋, 李炎炎, 邓丁山, 龙伟. 基于自适应变级遗传杂草算法的FJSP研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(6): 223-232.
[8]	梁志豪, 巫江虹, 谢子立. 变频空调实际运行模式识别及数据挖掘[J]. 机械工程学报, 2019, 55(6): 194-202.
[9]	马雅丽, 李阳阳. 基于几何误差不确定性的滚动导轨运动误差研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(5): 11-18.
[10]	刘辉, 李训明, 王伟达, 韩立金, 闫正军. 基于最优功率分配因子的插电式混合动力汽车实时能量管理策略研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(4): 91-101.
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[12]	武宇飞, 龙腾, 史人赫, WANG G Gary. 针对高维优化问题的快速追峰采样方法[J]. 机械工程学报, 2019, 55(3): 138-146.
[13]	王涵, 江志刚, 张华, 王彦. 基于目标级联的废旧机械装备多目标优化再设计方法研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(3): 147-153.
[14]	高帅,张兴,赵文广,郭华越. 双有源桥DC-DC变换器最小回流功率控制策略[J]. 电气工程学报, 2019, 14(2): 24-29.
[15]	崔大宾, 赵锐, 李俊, 佘家豪, 李立, 温泽峰. 面向轮缘磨耗的动车组车轮型面多目标优化设计[J]. 机械工程学报, 2019, 55(16): 104-113.