Une méthode de classification des modules pour les équipements industriels légers basée sur NSGA2 amélioré

Aug 24, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13789 (2023) Citer cet article

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En réponse au problème selon lequel il est facile de tomber dans l'optimum local lors de l'utilisation de l'algorithme de clustering traditionnel pour diviser les modules, cet article améliore la stratégie d'initialisation de l'algorithme NSGA2 et la combine avec l'algorithme FCM pour proposer un algorithme NSGA2-FCM amélioré. pour l’analyse de regroupement. Premièrement, la cartographie FBS est utilisée pour modéliser la structure fonctionnelle du système de produits et identifier la relation entre les structures fonctionnelles du produit. Deuxièmement, une matrice de synthèse de corrélation est construite sur la base des relations entre les pilotes de division de modules. Enfin, l'algorithme NSGA2-FCM amélioré est appliqué à l'analyse groupée du produit afin d'en dériver le meilleur schéma de division de modules. L'algorithme évite de tomber dans des optima locaux en optimisant la stratégie d'initialisation de l'algorithme NSGA2, tout en utilisant l'algorithme FCM pour améliorer la précision du clustering. Cela permet à l'algorithme d'explorer l'espace de solution plus efficacement lors de la recherche de la meilleure solution de partitionnement de module. Enfin, l'efficacité de l'algorithme de classification modulaire des équipements industriels légers est vérifiée en utilisant des fermenteurs de bière comme étude de cas.

En tant qu'outil efficace pour une conception rapide de produits, une classification modulaire appropriée peut améliorer l'efficacité de la conception et relever efficacement les défis de la qualité des produits, de la durée du cycle de fabrication et des coûts. La plupart de la littérature actuelle sur le sujet identifie les modules en se concentrant sur les aspects structurels et/ou fonctionnels, mais néglige les facteurs de classification modulaire. Par exemple, des chercheurs étrangers comme Eppinger et al. ont étudié les techniques de développement de la modularité des produits et ont introduit pour la première fois une approche formelle basée sur une matrice pour étudier les structures de produits modulaires, indiquant les corrélations entre les modules de composants1. Rong et coll. a proposé une approche orientée produit pour la division modulaire de la chaîne d'approvisionnement, établissant une matrice de relations à travers des interactions fonctionnelles et structurelles entre les composants du produit2. Ramachandran K et coll. a étudié l'effet du taux de modularisation des produits sur les lancements rapides de produits et a découvert qu'en localisant les améliorations de performances dans la modularisation des produits, une combinaison innovante d'architecture de produit, de prix et de décisions de calendrier a été obtenue pour des lancements de produits rapides3. Wei et coll. a proposé un ensemble prédéfini de modules basés sur l'assemblage et le démontage pour générer divers niveaux de travail ou fonctions permettant de créer plusieurs variantes de produits et d'améliorer l'utilité du produit pour les décisions de la phase de conception grâce à la segmentation de la modularité4.

L'universitaire national Jia Yanlin a mené une étude systématique sur la modularité et a proposé un processus général de conception modulaire de produits mécaniques, divisant le processus de conception modulaire de produits en quatre parties : planification modulaire, division modulaire, création de modules et combinaison de modules. Gu Xinxin a divisé le travail de la division de modularité des produits en deux parties principales : la construction de plates-formes de produits modulaires et la conception modulaire des produits de commande. Zhang Haiyan et coll. a utilisé le modèle de conception fonction-principe-comportement-structure pour cartographier la corrélation entre les composants du système et les statistiques d'écart appliquées et les méthodes de réseau neuronal auto-organisées pour l'analyse de cluster afin de compléter la division modulaire des machines-outils à engrenages cylindriques spéciales, jetant les bases du reconfigurable recherche de machines-outils5. Liu Mingyuan et coll. proposé une méthode de classification de modules basée sur un algorithme génétique amélioré. Dans le but d'obtenir la matrice de structure de conception des composants et la fonction d'aptitude des modules, l'algorithme génétique amélioré de croisement des différences et de variation de voisinage a été utilisé pour rechercher la meilleure solution pour la classification des modules.

Bien que les recherches antérieures sur le partitionnement de modules se soient davantage concentrées sur la théorie et les méthodes de modularité, la sensibilité aux données d'initialisation de module est faible et il y a un manque de pilotes et de mesures de modularité exhaustives, tandis que les opérations structurées limitent également d'autres propriétés du partitionnement de module.