基于算法的设计与实现

1、基于基于* * * * *算法的算法的* * * * * * *设计与实现设计与实现指导教师：指导教师：* * * * 研究员研究员 * * * * 研究员研究员 姓姓 名：名：* * * * 学位论文开题报告学位论文开题报告本报告仅用于格式参考，切勿内容抄袭！2022-3-312022-3-312 2主要内容主要内容n课题研究的目的意义课题研究的目的意义n国内外研究现状国内外研究现状n方案设计与预期结果方案设计与预期结果n现有条件及存在的主要问题现有条件及存在的主要问题n学位论文进度安排学位论文进度安排n参考文献与致谢参考文献与致谢2022-3-312022-3-313 3开题研究的目的与意

2、义开题研究的目的与意义n逆向工程逆向工程使得以实物为制造基础的产品在设计过程中使得以实物为制造基础的产品在设计过程中能够充分利用能够充分利用CAD/CAMCAD/CAM等先进制造技术；同时，由于能等先进制造技术；同时，由于能在很短时间内复制出实物样件，可以缩短产品开发周在很短时间内复制出实物样件，可以缩短产品开发周期，提高生产能力和市场竞争力。期，提高生产能力和市场竞争力。曲面重构曲线重构点线面曲线重建是曲面曲线重建是曲面重建的基础，是重建的基础，是逆向工程中的重逆向工程中的重要环节要环节2022-3-312022-3-314 4开题研究的目的与意义开题研究的目的与意义n以曲线重建为基础，课题

3、还对复杂曲线的轮廓度误差评以曲线重建为基础，课题还对复杂曲线的轮廓度误差评定算法进行研究。定算法进行研究。形状误差是由制造不精确造成的，它将影响零件的形状误差是由制造不精确造成的，它将影响零件的使用性能和装配质量，为达到经济、合理的生产，形状使用性能和装配质量，为达到经济、合理的生产，形状公差和误差的研究和标准化工作逐步被提上日程公差和误差的研究和标准化工作逐步被提上日程。工程中许多曲线轮廓具有重要作用；许多复杂曲面工程中许多曲线轮廓具有重要作用；许多复杂曲面如轮机叶片和雷达天线等的测量往往只能得出一系列截如轮机叶片和雷达天线等的测量往往只能得出一系列截面形状、即用一系列平面曲线来表征，因此平

4、面曲线轮面形状、即用一系列平面曲线来表征，因此平面曲线轮廓的测量及轮廓度误差的评定具有重要理论意义。廓的测量及轮廓度误差的评定具有重要理论意义。 应用价值应用价值：借助于高档数控中心三坐标测量机及借助于高档数控中心三坐标测量机及成套软件，实现对我所蓝天数控系统加工的复杂几何形成套软件，实现对我所蓝天数控系统加工的复杂几何形状进行误差评定。状进行误差评定。2022-3-312022-3-315 5国内外研究现状国内外研究现状n曲线重建曲线重建是指从已知得采样点集拟合出一条或多条曲是指从已知得采样点集拟合出一条或多条曲线，反映出该点集的形状和走向。线，反映出该点集的形状和走向。有序点集曲线重建有序

5、点集曲线重建主要工作分为主要工作分为2 2类：节点插入算法、节点删除算法；类：节点插入算法、节点删除算法；缺点缺点：没有同时考虑节点向量和参数向量，或者不能：没有同时考虑节点向量和参数向量，或者不能 对控制顶点个数进行自适应的选取。对控制顶点个数进行自适应的选取。无序点集曲线重建无序点集曲线重建主要是通过各种方法将离散数据点进行有序化，转化主要是通过各种方法将离散数据点进行有序化，转化成有序点集的曲线重建问题。具体的方法有：场效应成有序点集的曲线重建问题。具体的方法有：场效应法、最短路逼近法、基于计算智能模型的算法等法、最短路逼近法、基于计算智能模型的算法等2022-3-312022-3-31

6、6 6n形状误差评定形状误差评定：目前主要是针对可解析的规则几何形：目前主要是针对可解析的规则几何形状进行误差评定。状进行误差评定。由于形状误差评定问题属于多维、具有复杂约束由于形状误差评定问题属于多维、具有复杂约束的非线性优化问题，常规方法效果不明显，近年来利的非线性优化问题，常规方法效果不明显，近年来利用计算智能模型来进行误差评定成为研究热点。如遗用计算智能模型来进行误差评定成为研究热点。如遗传算法、进化策略、微粒子群算法和蚁群算法等，尤传算法、进化策略、微粒子群算法和蚁群算法等，尤其是遗传算法以其特有的隐并行和具有导向机制的全其是遗传算法以其特有的隐并行和具有导向机制的全局搜索能力，成为

7、优化模型有力的求解手段。局搜索能力，成为优化模型有力的求解手段。 存在问题存在问题：针对以离散点表示的复杂曲线误差评：针对以离散点表示的复杂曲线误差评定研究尚少，并且国内外对形状误差的测量和计算结定研究尚少，并且国内外对形状误差的测量和计算结果，绝大多数没有给出不确定度，这与几何产品规范果，绝大多数没有给出不确定度，这与几何产品规范GPSGPS标准是不符合的。标准是不符合的。国内外研究现状国内外研究现状2022-3-312022-3-317 7方案设计与预期结果方案设计与预期结果n针对现存算法的不足，基于可变染色体遗传算法，提针对现存算法的不足，基于可变染色体遗传算法，提出一种符合精度要求并自

8、适应给出控制顶点数的曲线出一种符合精度要求并自适应给出控制顶点数的曲线重建算法；重建算法；n以上述曲线重建算法为基础，基于遗传算法对由离散以上述曲线重建算法为基础，基于遗传算法对由离散点给出的复杂曲线轮廓度误差进行评定；点给出的复杂曲线轮廓度误差进行评定；n针对蓝天数控系统加工的复杂工件，用针对蓝天数控系统加工的复杂工件，用CMMCMM测量数据并测量数据并运用提出的算法进行评定，为产品的检验提供量化的运用提出的算法进行评定，为产品的检验提供量化的数据；数据；n在中文核心期刊或国际会议发表论文在中文核心期刊或国际会议发表论文1-21-2篇篇2022-3-312022-3-318 8现有条件与存在

9、的主要问题现有条件与存在的主要问题n现有条件现有条件：高档数控国家中心设备：三坐标测量机及成套软件高档数控国家中心设备：三坐标测量机及成套软件有关有关B B样条曲线重建、形状误差评定方面的相关论文与样条曲线重建、形状误差评定方面的相关论文与参考书籍；参考书籍；积累的关于计算智能模型的相关知识，对进化计算模积累的关于计算智能模型的相关知识，对进化计算模型在优化领域的应用有了一些了解，目前以第一作者型在优化领域的应用有了一些了解，目前以第一作者在中文核心期刊发表学术论文在中文核心期刊发表学术论文2 2篇：篇：佳点集遗传算法及其在佳点集遗传算法及其在PIDPID控制中的应用，控制中的应用，计算机应用

10、研究计算机应用研究，0909年第年第2 2期期一种新的聚类有效性函数，一种新的聚类有效性函数，计算机工程与应用计算机工程与应用，已录用，将，已录用，将于于0909年年1111期发表期发表 2022-3-312022-3-319 9现有条件与存在的主要问题现有条件与存在的主要问题n存在问题存在问题（针对曲线重建）：（针对曲线重建）：在曲线的重建过程中，针对节点向量和参数向量的同在曲线的重建过程中，针对节点向量和参数向量的同时优化问题，采用可变染色体的遗传算法，需要设计时优化问题，采用可变染色体的遗传算法，需要设计针对特定领域问题的剪切算子、拼接算子和变异算子，针对特定领域问题的剪切算子、拼接算子

11、和变异算子，因为此时的染色体存在着因为此时的染色体存在着“有序性有序性”和和“分段性分段性”（常规问题中是无序、单一连续的），所以进化参数（常规问题中是无序、单一连续的），所以进化参数的设计显得至关重要，也是此算法实施起来并达到预的设计显得至关重要，也是此算法实施起来并达到预期效果的难点期效果的难点；2022-3-312022-3-311010现有条件与存在的主要问题现有条件与存在的主要问题n存在问题存在问题（针对误差评定）：（针对误差评定）：曲线轮廓度误差的评定就是求解测量点到理论曲线的曲线轮廓度误差的评定就是求解测量点到理论曲线的对应点之间的法向距离。对应点之间的法向距离。在平面复杂曲线的

12、形状误差评定算法设计过程中，在平面复杂曲线的形状误差评定算法设计过程中，因为测量机测量的数据点不可能正好是设计点，所以因为测量机测量的数据点不可能正好是设计点，所以如何实现测量基准到设计基准的对齐，也即找到实测如何实现测量基准到设计基准的对齐，也即找到实测点在理论曲线上的对应点是实现评定算法的关键。难点在理论曲线上的对应点是实现评定算法的关键。难点在于：如何实现用遗传算法搜索实测点在理论曲线点在于：如何实现用遗传算法搜索实测点在理论曲线上的对应点。上的对应点。2022-3-312022-3-311111学位论文进度安排学位论文进度安排n08.9-08.12 08.9-08.12 调研现有的曲线

13、重构和形状误差评定算法研究调研现有的曲线重构和形状误差评定算法研究动态，比较分析其优点与存在的不足，提出研究课题；动态，比较分析其优点与存在的不足，提出研究课题；n09.1-09.2 09.1-09.2 论证研究方案的可行性后确定自己的研究计划，论证研究方案的可行性后确定自己的研究计划，完成学位论文开题报告；完成学位论文开题报告；n09.3-09.4 09.3-09.4 建立基于可变染色体遗传算法求解曲线重构的建立基于可变染色体遗传算法求解曲线重构的数学模型，完成实验仿真并修改完善；数学模型，完成实验仿真并修改完善；n09.5-09.9 09.5-09.9 基于遗传算法的平面复杂曲线形状误差评

14、定算基于遗传算法的平面复杂曲线形状误差评定算法，对数控中心实际产品进行误差评定并估计不确定度；法，对数控中心实际产品进行误差评定并估计不确定度；n09.10 09.10 总结阶段成果，完成中期检查报告，发表小论文；总结阶段成果，完成中期检查报告，发表小论文；n09.11-2010.2 09.11-2010.2 总结研究成果与不足，提出进一步研究的方总结研究成果与不足，提出进一步研究的方向并撰写学位论文；向并撰写学位论文；n2010.3 2010.3 申请学位论文答辩申请学位论文答辩。 2022-3-312022-3-311212参考文献参考文献n1Gabor Renner, Aniko Eka

15、rt. GAs in computer aided design J. Computer-Aided Design,2003, 35:709-726.n2Carlos F. Borges, Tim Pastva. Total least squares fitting of Bezier and B-spline curves to ordered data J. CAGD, 2002, 19:275-289.n3Fujichi Yoshimoto, Toshinobu Harada, Yoshihide Yoshimoto. Data fitting with a spline using

16、a real-coded genetic algorithmJ.CAD,2003,35:751-760.n4周明华,汪国昭. 基于遗传算法的B样条曲线和Bezier曲线的最小二乘拟合J. 计算机研究与发展,2005,42(1):134-143.n5穆国旺,臧婷,赵罡.用改进遗传算法确定B样条曲线的节点向量J.计算机工程与应用,2006,42(11):88-90.n6成媛媛,满家巨等.基于自适应遗传算法的点云曲线重建J. 中国图象图形学报,2006,11(9):1293-1298.n7刘丽,伯彭波,张彩明.散乱数据点集曲线重构的最短路逼近算法J.计算机学报,2006,29(12):3711-31

17、78.2022-3-312022-3-311313参考文献参考文献n8侯宇, 张竞等. 复杂线轮廓度误差评定方法J. 仪器仪表学报,2001,22(1):500-503.n9杨密,李平等.逐次逼近法评定自由曲线的轮廓度误差J.西安工业学院学报, 2006,26(1):42-45.n10Xiulan Wen, Qingquan Xia, Yibing Zhao. An effective genetic algorithm for circularity error unified evaluation J. International Journal of Machine Tools & Manufacture,46(2006):1770-1777.n11Xiulan Wen, Aiguo Song. An improved genetic algorithm for planar and spatial straightness error evaluation J. International Journal of Mac