基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化在三偏心蝶閥設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　　將基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化引入三偏心蝶閥設(shè)計(jì)過(guò)程，根據(jù)產(chǎn)品性能要求可以選擇最合理的設(shè)計(jì)參數(shù)使2個(gè)相互沖突的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)(起閉性能指示角，力矩)同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。且整個(gè)過(guò)程使用軟件完成，使設(shè)計(jì)人員擺脫繁重的重復(fù)計(jì)算勞動(dòng)，設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)驗(yàn)的因素進(jìn)一步減少，將優(yōu)化設(shè)計(jì)思想進(jìn)引入產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程。

　　密封和起閉性能是三偏心碟閥的2個(gè)主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，但這2個(gè)目標(biāo)相互沖突，且與幾個(gè)基本設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)。為了使產(chǎn)品具有更佳的性能，需要找出一組設(shè)計(jì)參數(shù)，使密封和起閉性能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。本文采用基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化算法，找出關(guān)于密封和起閉性能在限定范圍內(nèi)的帕累托最優(yōu)線，在這條線上的每一個(gè)點(diǎn)都是在選定某一目標(biāo)后這2個(gè)目標(biāo)的最佳組合，同時(shí)可以得出這個(gè)最佳組合所對(duì)應(yīng)的唯一的一組設(shè)計(jì)參數(shù)，即帕累托最優(yōu)線，為合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)提供了科學(xué)依據(jù)。

1、參數(shù)分析

　　密封和起閉性能2個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)，可以用起閉性能指示角θ和起閉力矩T描述。θ的計(jì)算，與圓錐角、圓錐軸線傾角φ、密封副半徑Rd、軸向偏心c、徑向偏心e、碟板厚度b等參數(shù)有關(guān)。正流狀態(tài)時(shí)只考慮開(kāi)閥力矩T0，逆流時(shí)為使關(guān)閉可靠應(yīng)考慮外加力矩T1，則：

　　其中E為密封圈寬度；f為摩擦系數(shù)；p為介質(zhì)對(duì)碟板的壓力；K為計(jì)算得到的系數(shù)。

4、實(shí)例

　　如圖2所示，在對(duì)話框中輸入6個(gè)向量X，遺傳10代。輸入完畢后點(diǎn)擊“確定”按鈕，系統(tǒng)調(diào)用程序進(jìn)行后臺(tái)處理。運(yùn)算結(jié)果如圖3所示，圖3(a)是在各參數(shù)的取值范圍內(nèi)任意輸入的6個(gè)向量X對(duì)應(yīng)的6個(gè)點(diǎn)(θ，T)，圖(b)是經(jīng)過(guò)遺傳算法優(yōu)化處理后得到的6個(gè)點(diǎn)�？梢钥闯觯�這6個(gè)點(diǎn)近似構(gòu)成一條從左至右下降的帕累托最優(yōu)線。這條線上的每一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)向量X，這些向量X已經(jīng)被存儲(chǔ)起來(lái)，可以根據(jù)產(chǎn)品性能需要，選取一個(gè)向量作為設(shè)計(jì)參數(shù)。綜上所述，可知：原本在一定取值范圍內(nèi)的任取的任一向量經(jīng)過(guò)遺傳算法的優(yōu)化運(yùn)算后，該向量所包含的兩個(gè)參數(shù)值能夠自行運(yùn)算調(diào)整至設(shè)計(jì)所需的理想數(shù)值上。

圖3 運(yùn)算演示對(duì)比

5、結(jié)語(yǔ)

　　本文提出了將基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化引入工程設(shè)計(jì)的思想，并將其應(yīng)用到3偏心碟閥密封面設(shè)計(jì)中。把設(shè)計(jì)目標(biāo)抽象為2個(gè)目標(biāo)參數(shù)θ與T，對(duì)這2個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程，免除了人工繁瑣的計(jì)算，進(jìn)一步減少了設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)因素。