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De c ．2 01 2 机床与液压 Hy d r o me c h a t r o n i c s E n g i n e e ri n g V o 1 ． 4 0 No ． 2 4 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 - 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 2 4 ． O 1 1 Al l o c a t i o n Opt i mi z a t i o n o f Hy d r a ul i c M a n i f o l d Bl o c k Ba s e d o n Ni c hi ng Ge n e t i c S i mul a t e d Ann e a l i ng Al g o r i t hm Z H A N G L ij i e ， Z H A N G Y a n h u i ， L I Y u k u n H e b e i K e y L a b o r a t o r y o f H e a v y Ma c h i n e r y F l u i d P o w e r T r a n s m i s s i o n a n d C o n t r o l ， Y a n s h a n U n w e n i ， Q i n h u a n g d a o 0 6 6 0 0 4， C h i n a 1 ． I n t r o d uc t i o n A b s t r a c t A l l o c a t i o n o p t i mi z a t i o n o f h y d r a u l ic ma n i f o ld b l o c k H MB i s t h e f o u n d a t i o n f o r o p t i mi ． z a t io n d e s ig n o f H MB ．T h is p a p e r e s t a b li s h e s a ma t h e ma t i c a l mo d e l o f mu lt i ． o b j e c t i v e o p t i miz a ． t i o n wit h p e r f o r ma n c e c on s t r a i n t s a c c o r d i n g t o t h e s t r u c t u r a l f e a t u r e o f HMB a n d d e s ig n c h a r a c ． t e r ．T h e n t h e ma t h e ma t ic a l mo d e l wa s s o l v e d b y n ic h i n g g e n e t ic s i mu l a t e d a n n e a l in g a lg o r i t h m N GS A ．T h e e x a mp l e g i v e n in t h is p a p e r i n d i c a t e s t h a t t h e l a y o u t o p t imiz a t i o n o f H MB c a n b e we l l c o mp l e t e d b y NGS A，wh i c h p r o v id e s a r e f e r e n c e f o r a l lo c a t i o n d e s ign ． Ke y wo r d sh y d r a u l ic ma n if o l d b l o c k ，o p t i miz a t io n d e s ig n， n i c h i n g g e n e t ic s imu l a t e d a n n e a li n g a 1 ． g o r i t h m Op t i mi z a t i o n d e s i g n o f HMB i s a c o mp l i c a t e d p r o c e s s ．A n d s p a c e l a y o u t i s t h e b a s i s o f h y d r a u l i c ma n i f o l d b l o c k d e s i g n ．At p r e s e n t d e s i g n e r s mo s t l y d e p e n d o n e x p e rie n c e s a n d s p a c e i ma g i n a t i o n o r s i m p l y t h e a p p l i c a t i o n o f a s i n g l e a l g o ri t h m s u c h a s g e n e t i c a l g o r i t h m G Ao r s i mu l a t e d a n n e al i n g S A t o S O l V e t h e l a y o u t p r o b l e m[ 1 2 ] ． T h e s p a c e l a y o u t r e s u l t c a n n o t g u a r a n t e e t o me e t t he o p t i ma l p e r f o r m． a n c e i n d e x b e c a u s e o f t h e d i v e r s i t y o f a l l o c a t i o n d e ． s i g n a n d t h e c o mp l e x i t y o f s o l u t i o n p r o c e d u r e ． GA s h o w s i t s s t r o n g g l o b a l o p t i ma l c h a r a c t e r i s t i c wh e r e a s i t s c o n v e r g e nc e s p e e d i s s l o w a n d i t ma y e a s ． i l y f a l l i n t o p r e ma t u r e c o n v e r g e n c e ． Al s o ，i t s l o c al s e a r c h a b i l i t y i s p o o r ． Wh i l e ． S A h a s s t r o n g l o c al s e a r c h a b i l i t y ．I t h a s t h e d i s a d v a n t a g e s o f p o o r g l o b al s e arc h a b i l i t y a n d l o n g t i me s e arc h ．Ni c h e c a l l k e e p t h e d i v e r s i t y o f t h e s o l u t i o n s ． Mo r e o v e r i t c a r l i n ． Re c e i v e d2 0 1 20 82 1 S p o n s o r e d b y Na t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f H e b e i P r o v i n c e E 2 0 1 1 2 0 3 2 1 4 Z H A N G uj i e ， P r o f e s s o r ．E - m m l l j z h a n g y s u ． e d u ． c a c r e a s e g l o b a l s e a r c h a b i l i t y a n d t h e c o n v e r g e n c e s p e e d[ 3] ． T h e p a p e r p r e s e n t s a h y b ri d a l g o ri t h m c o mb i n i n g GA wi t h S A ，wh i c h s o l v e s t h e s i n g l e o b ． j e c t i v e o p t i m i z a t i o n p r o b l e ms o f i n t e g r a t e d b l o c k c h a n n e l s n e t w o r k l 4 I ． C o mb i n e 1 t h e b a s i c n i c h e w i t h G A a n d S A，a h y b r i d a l g o ri t h m i s p r o p o s e d ．T h i s a 1 ． g o r i t h m c a n ma i n t a i n t h e s o l u t i o n s d i v e r s i t y ．I n a d d i ． t i o n，i t c a n e n h a n c e t h e c o n v e r g e n c e s p e e d a n d t h e q u a l i t y o f s o l u t i o n e f f e c t i v e l y ．Ne v e r t h e l e s s ，d u e t o t h i s h y b ri d a l g o ri t h m d o e s n o t c o n s i d e r t h e c o n s t r a i n t r u l e s a n d d e s i g n e x p e ri e n c e ， a p p l i c a t i o n r e s u l t s o f t h i s h y b ri d a l g o ri t h m s h o w t h a t i t ma y n o t s a t i s f y a c - t u al r e q u i r e me n t o f e n g i n e e ri n g a p p l i c a t i o n s ．T o t h i s r e s p e c t ，b y c o mb i n i n g t h e n i c h i n g g e n e t i c s i mu l a t e d a n n e ali n g alg o ri t h m a n d t h e c o n s t r a i n t r u l e s ．t h e mi x e d alg o ri t h m f o r s o l v i n g t h e all o c a t i o n o p t i mi z a t i o n i n p r a c t i c al e n g i n e e rin g i s p r o p o s e d 2． Al l o c a t i o n d e s i g n o f HM B 2 ． 1 ． De s i g n p a r a me t e r T h e l a y o u t d e s i g n p ara me t e rs o f HMB i n c l u d e d e t e r mi n a t i o n o f t h e g e o me t r i c a l p ara me t e r s ，d e t e r mi ． n a t i o n o f t h e c h a r a c t e ri s t i c p ara me t e r s o f p u b l i c h o l e s i n i n t e g r a t e b l o c k a n d d e t e r mi n a t i o n o f t h e i n s t all a t i o n 6 2 Hy d r o me c h a t r o n i c s En g i n e e r i n g p a r a me t e r s o f h y d r a u l i c c o mp o n e n t s ． Mo r e o v e r ， l e ng t h，wi d t h a nd h e i g h t o f HMB a r e g e o me t r i c a l p a r a me t e r s ．Th e c h a r a c t e r i s t i c p a r a me t e r s i n c l u d e l o c a ． t i o n d i me n s i o n a n d s h a p e s i z e o f p u b l i c h o l e s ． Th e i n s t a l l a t i o n p a r a me t e r s o f h y d r a u l i c c o mp o n e n t s i n ． c l u de mo u n t i n g s u rfa c e．i n s t a l l a t i o n l o c a t i o n a n d i 13 ． s t a l l a t i o n a n g l e ． 2 ． 2． M a t h e ma t i c a l mo de l 2． 2． 1 ． De s i gn v a r i a bl e s V K F ， X K ， ， o ／ K ， K 1 ， 2 ， ⋯ ， S W h e r e a r e v a l v e s t o b e l a i d o u t ，F b a s e s u r f a c e o f v a l v e s ， XK， c o o r d i n a t e s o f a s s e mb l i n g b a s e p o i n t o f v a l v e s o n HMB， a s s e mb l i n g a n g l e o f v a l v e s o n HMB．S n u mb e r o f v a l v e s ． 2 ． 2 ． 2 ． o b ．i e c t f u n c t i o n s 1 P a t h o f a l l t h e c o n n e c t e d n e t s i s t h e s h o r t e s t ． M N m i n f ∑， J ∑f ， i 1 0 2N u m b e r o f t e c h n i c a l h o l e s i n a l l t h e c o n n e c t ． e d n e t s i s t h e I e a s t ． mi n W N 3Th e v o l u me o f HMB s h o u l d b e mi n i mi z e d． mi n V L B W h e r e f i s t h e t o t a l l e n g t h o f p a t h i n a l l t h e c o n n e c t ． e d n e t ． L i s t h e t o t a l d e p t h o f v a l v e s i n a l l t he c o n ． n e c t e d ne t ，f i s t h e t o t a l l e ng t h o f t e c h n i c a l h o l e i n a l l t h e c o n n e c t e d n e t ． W i s t h e t o t a l n u mb e r o f t e c h n i c a l h o l e i n a l l t h e c o n n e c t e d n e t ． N i s t h e n u mb e r o f t e c h n i c a l h o l e ， V i s t h e v o l u me o f HMB， ， J i s l e n g t h o f HMB， B i s w i d t h o f HMB． i s h e i g h t o f HMB． 2． 3． Co ns t r a i n t c o nd i t i o i l s Th e r e s u l t s o f o p t i mi z a t i o n o f HMB mu s t me e t t h e i n s t a l l me n t r e q u i r e me n t s a n d t h e c o n n e c t i o n q u a l i t y r e q u i r e me n t ． T h e c o n s t r a i n t c o n d i t i o n s a r e a s f o 1 ． 1 o w s ． 1 E n o u g h s p a c e f o r a s s e m b l i n g a n d o p e r a t i n g ． 2Va l v e s t h a t mu s t b e l o c a t e d o n t h e a s s e mb l i n g s u rf a c e o f HM B ． 3 A v o i d i n g i n t e rf e ri n g w i t h o t h e r v a l v e ． 4 I n t e r c o n n e c t e d c h a n n e l s i n t h e s a me ne t n e e d t o me e t t h e r e q u i r e me n t s o f t h e flo w a r e a ． 5 R e q u i r e me n t o f d a n g e r w a l l t h i c k n e s s f o r ho l e ． t o h o l e a n d h o l e ． t o ． f a c e ． I n s u m ． o pt i mi z a t i o n d e s i g n o f H MB i s a m u l t i o b j e c t i v e o p t i m i z a t i o n w i t h c o n s t r a i n t s p r o b l e m． 3． Ni c h i ng g e ne t i c s i mul a t e d a n ne a l i ng a l - g o r i t h m NGS A NGS A i s h y b rid o p t i mi z a t i o n a l g o rit hm ，whi c h c o mbi n e s t h e b a s i c n i c h e wi t h GA a n d S A． Ho we v e r ， t h e d e s i g n o f t he s p a c e l a y o u t o f HMB o n l y b y u s i n g i n t e l l i g e n t o p t i mi z a t i o n a l g o rit h m c a n n o t me e t t h e i n s t a l l me n t r e q u i r e me n t s a n d a c t u a l r e q ui r e me n t o f e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n s ． I t h a s t h e d i s a d v a n t a g e s o f l o n g c a l c u l a t i o n t i me a n d l o w e f fic i e n c y． T he r e f o r e， a c c o r d i n g t o t h e s t r u c t u r a l f e a t u r e o f HMB a n d a c t u a l r e q u i r e me n t o f a p p l y i n g e n g i n e e rin g，c o mb i na t i o n o f i n t e l l i g e n t o p t i mi z a t i o n a l g o rit h m a nd c o n s t r a i n t r u l e s i s a d o p t e d．T he a l g o rit h m flo wc h a i s a s f o l l o ws ． Fi g． 1 Fl o w c ha r t o f NGS A a l g o r i t h m S t e p 1 S e t i n i t i a l p a r a me t e r s ． I n i t i a l i z e i n i t i a l t e mp e r a t u r e t t m ．S e t c o n s t r a i n t ru l e s o f e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n s ． S t e p 2 Cr e a t e a n o rig i n a l p o p u l a t i o n Po ． Ev a l u a t e e a c h i n d i v i d u a l o f c u r r e n t p o p u l a t i o n． St e p 3 Th e o r i g i n a l p o pu l a t i o n g e n e r a t e a n e w p o p u l a t i o n P1 b y t he s e l e c t i o n，c r o s s o v e r a n d mu t a t i o n o pe r a t i o n o f GA． S t e p 4 E a c h i n d i v i d u a l o f p o p u l a t i o n P1 a p p l Y s i mu l a t e d a n n e a l i ng a n d g e ne r a t e a n e w p o p u l a t i o n P2 ． Z H A N G L i j i e ， e t alA l l o c a t i o n O p t i mi z a t i o n o f H y d r a u l i c M a n i f o l d B I o c k B a s e d o n Ni c h i n g Ge n e t i c S i mu l a t e d An n e a l i n g A l g o r i t h m 6 3 S t e p 5 Co mb i n i n g P1 a n d P2，a ne w p o pu l a - t i o n P3 i s g e n e r a t e d． P o p u l a t i o n P3 a p p l y t h e n i c he o pe r a t i o n ． S t e p 6 T e r mi n a t i o n c o n d i t i o nwh e n t e r mi n a ． t i o n c o n d i t i o n i s s a t i s fie d， t h e b e s t c h r o mo s o me i s s t o p p e d a n d o u t p u t t e d a s o p t i ma l s o l u t i o n ． Ot h e r wi s e ．c o n t r o l p a r a me t e r t t1 i s u p d a t e d b y c o o l i n g s c he du l e，t h e n g o t o S t e p 2． 3． 1． Ge ne c o di ng On e o f t h e k e y p r o b l e ms i n t h e a p p l i c a t i o n o f G A i s g e n e c o d i n g ．Co d i n g me t h o d i s o f u t mo s t i m． po r t a n c e， wh i c h i n flue n c e s t h e o p e r a t i o n e ffi c i e n c y a n d g e n e t i c o p e r a t i o n [ 5 ] ．T h e c o d i n g o f s p a c e l a y - o u t o f HMB i n v o l v e s a s s e mb l i n g s u r f a c e o f v a l v e s ．i n ． s t a l l a t i o n l o c a t i o n o f v a l v e s a n d i n s t a l l a t i o n a n g l e o f v a l v e s a r e c o d e d．Th e r e a r e ma n y d e s i g n v a r i a b l e s， s o t h i s p a pe r us e s d e c i mal c o d i n g． I t ma k e s e a c h g e n e o f a c h r o mo s o me i s r e a l v a l u e o f d e s i g n v a r i a ． b l e s ． X[ ， X ， ， o t ] ． 3． 2． Fi t ne s s f unc t i on I n GA．fit n e s s v a l u e i s u s e d a s t h e me a s u r e me n t o f i n d i v i du a l e v a l ua t i o n． Th e mo r e t h e fit n e s s v alue o f i n d i v i d u a l i s ，t h e mo r e p r o b a b l y i n d i v i d u a l i s p a s ． s e d d o w n t o n e x t g e n e r a t i o n ． B y c o n t r a s t ，t h e l e s s t h e fi t n e s s v a l u e o f i n d i v i d u a l i s ．t h e l e s s p r o b a b l v i n d i v i d u a 1 i s p a s s e d d o w n t o n e x t g e n e r a t i o n ．T h e 0 b ． j e c t f u n c t i o n i s s t r u c t u r e d b y fi t n e s s f u n c t i o n ．T h e l a y o u t o p t i mi z a t i o n d e s i g n o f HMB s h o u l d me e t p r e v i O U S c o n s t r a i n t c o n d i t i o n s ．P e n a l t y f u n c t i o n me t h o d i s u s e d t o t r a ns f o r m c o n s t r a i n e d o p t i mi z a t i o n i n t o u n c o n． s t r a i n e d o p t i m iz a t io n [ 6 ] ．F it n e s s f u n c t i o n 1 i s a s f o l l o w． mi n F XA 1 L XA 2 W X A 3 V T P 1 Wh e r e ，A1 ， A2 a n d A s a r e r e s p e c t i v e l y w e i g h t s o f t h e t o t a l l e n g t h o f p a t h i n all t h e c o n n e c t e d n e t ，t h e t o t a l n u mb e r o f t e c h n i c a l h o l e d e s i g n i n all t h e c o n n e c t e d n e t a n d t h e v o l u me o f HMB， i s p e n a l t y g e n e． 3． 3． S e l e c t i o n o p e r a t o r S e l e c t i o n o pe r a t o r i s t o r e p r o d uc e s o me e x c e l l e n t i n d i v i d u als f r o m c u r r e n t g e n e r a t i o n t o n e x t g e n e r a t i o n ．T h e s e l e c t i o n i s b a s e d o n i n d i v i d u a l fi t n e s s ．I n o r d e r t o p r e v e n t t h e b e s t i n d i v i d u a l f o r m b e i n g d e ． s t r o y e d b y c r o s s o v e r o p e r a t o r a n d mu t a t i o n o p e r a t o r i n t h e e v o l u t i o n p r o c e s s ，t h e p a p e r a p p l i e s r o u l e t t e s e l e c t i o n [ 7 ] ． 3． 4． Cr o s s o v e r o p e r a t o r Cr o s s o v e r o p e r a t o r i s t h e ma i n me t h o d s i n GA ， wh i c h g e n e r a t e s n e w i n d i v i d ua l s a n d p l a y s a n i mp o r - t a n t r o l e i n s e a r c h i n g t h e n e w s o l u t i o n s p a c e ． T h e b a d g e n e s a r e e l i mi n a t e d b y the e x c h a n g e g e n e s b e t w e e n i n d i v i d u a l s w i t h c e r t a i n p r o b a b l y ． C r o s s o v e r de s i g n i n c l u d e s l o c a t i n g t h e c r o s s i n g s i t e a n d t h e p a r ． t i al e x c h a n g e o f g e n e s ．Th i s p a p e r u s e s d e c i ma l c o d ． i n g ． Th u s，c r o s s o v e r o p e r a t o r us e s a rit h me t i c c r o s s ． o v e r ．T h e e q u a t i o n s 2 a r e g i v e n a s f o l l o w s ． x 1～ 蜀 1一 2 Wh e r e ， a n d a r e p a r e n t i n d i v i d u a l s ， “ a n d a r e c h i l d i n d i v i d u a l s ． O 0 c 1 i s a r a n d o m n umb e r ． 3． 5． M ut a t i o n o pe r a t o r Mu t a t i o n o p e r a t o r i s a l s o a me t h o d o f g e n e r a t i n g n e w i n d i v i d u a l s ，a n d i t c a n C h a n g e a g e n e v a l u e o r s e v e r a l g e n e v a l ue s wi t h s ma l l p r o b a bl y． Mu t a t i o n o p e r a t o r ma k e s GA o b t a i n a k i n d o f r a n d o m l o c a l s e a r c h a bi l i t y a n d a c c e l e r a t e s c o nv e r g e n c e t o t h e o p t i ． ma l s o l u t i o n． I t
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