基于改进NSGA-Ⅱ算法的间歇采油制度优化

对于低渗透率油井,采用间歇采油制度能有效避免空抽磨损,并减少电能消耗量。为此通过分析沉没度和地层流压随抽油机井生产时间变化的规律,从系统节能的角度出发,建立以采油总产量最大、能耗最低为目标的间歇采油制度多目标优化模型。引入NSGA-Ⅱ并改进该算法对间歇采油制度多目标优化模型求解,运用改进算法得到的Pareto最优解的多样性和收敛性,合理优化抽油机的最优停机时间,最大效率地提升采油效率的同时,最小化电能消耗量。试验结果表明,基于Pareto多目标遗传算法的间歇采油机制优化具有明显的优势,在优化系统效率的同时能够有效减少电能消耗。研究结果可为油井间歇采油机制的改进和优化提供有力的技术支持。

融合NSGA-II和CSA的多目标车间调度

针对在灵活车间系统中调度作业和自动引导车(automated guide vehicle,AGV)的同时调度问题,考虑在有限多个AGV和加工机台的情况下,以最小化最大完工时间、单个AGV搬运消耗时间及所有AGV搬运总消耗时间为目标函数,设计融合NSGA-II(non-dominated sorting genetic algorithms)和克隆选择(clonal selection algorithm,CSA)的改进算法INGCSA来解决此类问题。采用工件、加工机台和AGV三部分编码;引入非支配排序和目标函数值大小排序后总得分进行种群分层,从而有效地保留优秀个体;针对克隆后的种群,对不同等级的种群采取不同的变异概率,并对染色体进行内部交换与均匀交叉混合交换的基因重组,有效地提高了种群的多样性与防止陷入局部最优。通过三组对比实验,验证了该算法在探索最优解时,具有运行时间短、稳定性高和收敛性好等优点。

基于NSGA-Ⅱ遗传算法的Myring流线型量水槽体型优化设计

Myring流线型在水下航行器领域应用较为广泛,而量水槽在渠道中的受阻状态与潜水器潜行时受到的阻力情况具有一定的相似之处,因此本文借鉴潜水器的结构特点进行量水槽体型设计,探究量水槽受阻最小的较优线型。基于FLOW-3D软件,采用最优拉丁超立方设计方法,以流线型的收缩段长度和锐度因子、扩散段长度和离去角为变量设计了40组数值模拟方案,得到对应的水头损失百分比和上游佛汝德数。以数值模拟变量为输入、结果为输出,训练RBF神经网络,结合NSGA-Ⅱ遗传算法获得Patero前沿解,通过TOPSIS评价法筛选出最优解并得出其线形参数:优化模型收缩段长度为45.9 cm、收缩段锐度因子为0.74、扩散段长度为49.2 cm、扩散段离去角为14.63°,并通过等比例缩放得到6组收缩比,在9组流量下进行模型试验分析水力性能。结果表明,优化后线型过流较顺畅,水力性能较优,预测结果和模拟结果误差不超过5%;不同工况下上游佛汝德数均小于0.5,满足测流规范要求,收缩比为0.58~0.66时各项水力性能均较优;基于临界流测流和量纲分析原理得到的测流公式精度较高,平均相对误差为2.09%。本研究证明了将流线型运用于量水槽领域研究以及通过神经网络和遗传算法寻优的可行性,优化后Myring流线型量水槽具有良好的性能和测流精度,在灌区渠道中具有较好的运用前景。

基于改进NSGA-Ⅱ的纤维缠绕落纱点轨迹采样特征权重优化

针对基于空间特征曲线特征函数的纤维缠绕落纱点轨迹采样算法无法自动选择特征权重的问题,建立以特征权重为变量,以得到采样点线性插值生成曲线与原曲线的MAE,RMSE为目标函数的双目标优化模型。提出基于改进NSGA-Ⅱ算法的双目标优化求解方法以优化特征权重。实例验证表明,与传统NSGA-Ⅱ算法相比,改进NSGA-Ⅱ算法求得Pareto解集的MAE,RMSE平均下降了0.002和0.105,算法选取特征权重的MAE,RMSE比特征权重为(0.1,0.3)的MAE,RMSE分别降低了约12.9%和8.5%,比特征权重为(0.9,0.1)的MAE,RMSE分别降低了约20.6%和11.4%,有效地提高了落纱点轨迹采样的精度。

基于NSGA-Ⅱ与RBF神经网络的DPF结构参数优化

为降低某型号柴油机颗粒捕集器(DPF)在运行过程中的流动阻力,并使其保持较高的捕集效率。采用试验设计方法抽取代表性样本集,并分析影响因素对DPF捕集性能影响的显著性。利用径向基函数(RBF)神经网络构建所选变量与目标函数映射关系代理模型,并结合第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)与结合熵权的优劣解距离排序法(TOPSIS)得到关于目标函数的一组最优解。结果表明:该型号DPF平均压降降低了14.58%,且DPF平均捕集效率保持99%以上。

基于改进NSGA-II的轨道交通接驳公交线路优化

为解决接驳公交线路规划不合理和时间安排不完善的问题,提出了基于改进NSGA-II算法的环形接驳公交线路优化方法。首先,结合双层规划理论,以乘客出行时间成本最小化、公交企业运营收益和接驳公交服务率最大化为目标函数,以接驳公交线路站点数、线路长度和发车频率作为约束条件构建上层模型,采用Logit模型构建了下层接驳客流分配模型;其次,运用Floyd算法对NSGA-II算法的初始化种群进行了优化,针对所提出的模型设计了模型求解流程;最后,以哈尔滨市轨道交通1号线医大一院轨道交通站为案例,运用笔者提出的多目标双层规划模型和算法进行求解,并与原NSGA-II算法和基于Logistic混沌映射的NSGA-II算法进行对比。研究结果表明:基于Floyd算法改进的NSGA-II算法在多目标双层规划模型求解时,收敛速度更快效果更好,求解结果可以在Pareto前沿得到多个相互非支配的最优解;不同解集对应目标函数值不同,但可以达到接驳公交网络整体效益最优,采用折衷最优解集表述求解结果。

基于NSGA-Ⅱ的滑油泵叶轮结构优化设计

滑油泵常需要在高空、低压工况下稳定运转,常会出现供油不足、效率降低等问题。为了得到满足设计要求且具有最佳性能的滑油泵,以某直升机用滑油泵叶轮为研究对象,对其结构进行优化设计。选择高空两个典型工况的效率与扬程作为优化目标,利用NSGA-Ⅱ算法对滑油泵叶轮几何参数进行寻优,对优化前后的滑油泵效率、扬程进行对比分析。采用CFD流体仿真及实验方法对优化结果进行对比验证。结果表明:所选优化参数对滑油泵性能有较大影响,优化后的滑油泵叶片位置附近流动更加平稳,高低压区域过渡平缓,能量损失更小,且降低了汽蚀发生的可能性;优化后的滑油泵设计点扬程提高2.6 m,效率提高2.86%。

基于NSGA-Ⅱ的面曝光3D打印工艺参数多目标优化

为改善面曝光3D打印制件的打印质量差、效率低等问题,采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对工艺参数进行优化。选择温度、分层厚度、曝光时间、回合等待时间为优化变量,成型试样的变形率、表面硬度、时间为优化目标,通过单因素实验确定优化变量约束范围。根据Box-Behnken实验方案,建立各优化目标的预测模型,使用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化,规定优先精度、优先硬度、优先速度原则,按照不同优化原则分析帕累托前沿得到对应的最优工艺参数,并进行打印验证。结果表明,优先精度原则下,变形率最小值为0.508%,与优化前相比,降低了9.290%;优先硬度原则下,表面硬度最高达到95.3 HD,与优化前相比,提高了0.316%;在优先速度原则下,打印时间与优化前相比缩短了17.220%,优化效果显著。

多目标下改进NSGA-Ⅱ的机械臂轨迹规划

以UR5e机械臂为研究对象,针对机械臂作业过程的运动轨迹进行轨迹规划,机械臂关节空间轨迹采用七次B样条曲线构造,针对其需满足时间短、能耗低、运动平滑的要求采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),并针对其易陷入局部最优、收敛速度慢等缺点,采用佳点集和非均匀变异算子使初始种群分布更加均匀、加快收敛。仿真结果表明,七次B样条曲线所构造的机械臂轨迹速度、加速度、加加速度连续平滑且无断层现象,在运动学约束的前提下,改进后的NSGA-Ⅱ算法世代距离平均下降了76.96%,空间分布性指标平均下降了23.06%,其在收敛性、分布性上均优于原算法,更接近于Pareto最优解,有效实现了机械臂的多目标优化问题。

基于NSGA-Ⅱ算法的绿色基础设施多目标空间优化

【目的】绿色基础设施(green infrastructure,GI)是提供多种生态系统服务、保护区域生态系统安全和稳定的重要载体,而GI所能供给的各项生态系统服务之间的权衡关系导致GI的规划决策难以同时最大化多项服务供给。旨在以多项生态系统服务供给协同增益为目标构建一个辅助GI规划决策的多目标空间优化模型。【方法】基于NSGA-Ⅱ算法,以InVEST模型构建目标函数,在Python开发了协同生境质量服务、作物生产服务、雨洪削减服务3项主导生态系统服务的GI布局优化模型,并在安徽省芜湖市中心城区进行了应用。【结果】优化模型共获取50个末代帕累托最优GI布局,据此遴选出不同服务偏好下的GI布局方案,各方案相应服务供给能力得到显著提升:生境质量目标偏好方案的全局平均生境质量指数从现状方案的0.2988提升至0.3115;雨洪削减服务目标偏好方案的径流滞蓄量从70189.34 mm/a提升至71673.20 mm/a;作物生产目标偏好方案将作物生产总价值量从464169.51万元提升至464582.90万元;折衷方案的雨洪削减服务供给能力和生境质量服务供给能力优于现状方案,其径流滞蓄量和生境质量指数分别达到71658.67 mm/a和0.2993,而在作物生产服务供给能力上并没有实现对现状方案的提升。根据优化结果分析了GI供给的各项服务间的权衡与协同关系,归纳了在各种服务偏好下和协同多项服务时的GI空间布局特征。【结论】多目标优化算法为辅助协同多项生态系统服务的GI布局决策、探索生态系统服务间权衡与协同关系、明确不同服务目标导向下的GI空间规划策略提供了重要参考,为国土空间规划视角下采用模型算法辅助生态空间及GI规划的实践提供了有力工具。

基于NSGA-Ⅱ的复合材料防撞梁碰撞损伤多目标优化

为在设计时考虑低速碰撞损伤对碳纤维复合材料(CFRP)防撞梁力学性能的影响,发展了改进Hashin失效准则的VUSDFLD子程序来判定低速碰撞时CFRP防撞梁7个方向的损伤程度,采用壳单元模拟了复合材料的力学性能,建立了CFRP防撞梁低速碰撞有限元显式动力学模型。采用该方法对相同实验条件下的复合材料层合板低速冲击剩余强度进行了计算,并将计算结果与实验结果进行了对比,仿真结果与实验结果吻合较好。在此基础上,以复合材料防撞梁铺层厚度和铺层角度为设计变量,将复合材料防撞梁的质量和低速冲击时产生的损伤单元数作为优化目标,建立了CFRP防撞梁低速碰撞损伤动力学多目标优化模型,采用基于Pareto策略改进的NSGA-Ⅱ非支配排序遗传算法对其进行多目标优化求解。优化后,CFRP防撞梁质量由1.02 kg降为0.76 kg,减重率为25%;损伤单元数由30238个降为23206个,损伤降低率为23%。结果表明,所发展基于Hashin失效准则的VUSDFLD子程序和对CFRP防撞梁低速碰撞损伤多目标优化是行之有效的,为复合材料防撞梁结构的优化设计提供了参考。

基于NSGA-III算法求解柔性作业车间调度问题

针对多目标柔性作业车间调度问题,提出一种改进NSGA-Ⅲ算法,以完工时间、机器总负荷、瓶颈机器负荷为目标建立调度模型。首先,为提高种群的多样性,提出一种基于惩罚的边界相交距离定义关联操作中种群个体与参考向量之间的距离;其次,为提高环境选择的计算效率,利用基于惩罚的边界相交距离消除机制来保护个体,降低了个体保护策略的计算成本;最后,为避免种群陷入局部最优,在遗传算子中采用一种改进的变异策略。运用两个评价指标与NSGA-Ⅲ算法进行比较,其收敛性与多样性均由于NSGA-Ⅲ算法。同时在4个Kacem算例上进行测试得出改进NSGA-Ⅲ算法解的质量较高,最后通过实际的生产实例证明改进的NSGA-Ⅲ算法优于或等同于现存在的方法,也证明了该方法在解决多目标柔性作业车间调度难题上的可操作性。

基于改进NSGA-Ⅲ算法的云制造服务组合优化

为解决云制造环境下复杂制造任务的服务组合问题,促进云制造模式的良性发展,构建综合考虑服务需求方、云制造平台和服务提供方三方利益的多目标服务组合优化模型。基于反向学习机制和多目标种群自适应进化机制改进NSGA-Ⅲ算法,并将该算法应用于多目标服务组合优化模型求解。通过比较NSGA-Ⅲ算法与改进NSGA-Ⅲ算法的各个方向适应度的均值和方差,验证了后者在求解多目标服务组合优化问题上的有效性。

基于改进NSGA-Ⅱ算法的考虑人机系数生产线平衡多目标优化研究

在现代制造加工生产线中,生产设备是制造业生产的重要组成部分。设备的充分利用对于生产需求的匹配度产生直接影响。文章参考“人机系数”的概念,构建了考虑生产线平衡率、平滑指数和人机系数的多目标优化函数问题,采用了改进的自适应NSGA-Ⅱ算法来求解该模型。研究结果表明,在满足客户节拍要求的前提下,调整人机系数可以提高生产线平衡率,降低平滑指数以及生产成本;通过数值算例验证了相比于传统NSGA-Ⅱ算法,改进的自适应NSGA-Ⅱ算法能寻找出质量较高、覆盖更广的近似Pareto解集,为决策者提供选择。证明了本研究方法的有效性和实用性,该研究为现代制造加工生产线提供了一种有效的优化方法,并为其他类似行业提供了借鉴。

基于NSGA-Ⅲ的桥梁网络多目标维修决策优化研究

桥梁网络维护方案的制定需权衡多个决策目标以保障其运营安全。为推动桥梁网络维护的低碳化,考虑桥梁网络在运营和维护期间的碳排放,以桥梁网络整体性能最优、碳排放量和维修总成本最小为目标,以桥梁个体满足最低性能要求为约束条件,构建桥梁网络多目标维修决策优化模型,并率先将NSGA-Ⅲ算法应用到桥梁网络维修决策领域,通过其参考点策略从大量的非支配解集中筛选更优的桥梁网络维修方案,以实现网络性能、维护成本和低碳环境的综合考量。模型求解过程中,从收敛性能、解集分布和目标函数性能分析三方面,研究多目标下NSGA-Ⅱ和NSGA-Ⅲ的求解效果。研究结果表明:NSGA-Ⅱ在求解桥梁网络双目标维修决策优化问题上要优于NSGA-Ⅲ,而NSGA-Ⅲ更适合求解目标个数为3个及以上的桥梁网络维修决策多目标优化问题;对于桥梁网络性能-成本-环境的多目标优化,NSGA-Ⅲ可获得更低的成本、更低的碳排放量和更高的网络性能,这表明NSGA-Ⅲ是求解桥梁网络多目标维修决策优化问题非常有效的工具。

基于改进NSGA-Ⅲ的D2D协同MEC多目标优化研究

在当前的移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)模型中,由于任务是直接上传到MEC服务器执行,存在边缘服务器的计算压力大、空闲移动设备上的资源未得到充分利用等问题。使用边缘网络中的空闲设备进行协同计算,能够实现用户闲置资源的合理利用,增强MEC的计算能力。因此,提出了一种利用终端直通(Device-to-Device,D2D)进行协同计算的部分卸载MEC模型(D2D Collaborative MEC for Partial Offloading,DCM-PO)。在该模型中,除本地计算和MEC服务器计算外,还能将部分任务上传到空闲D2D设备进行辅助计算。首先,以最小化边缘网络的时延、能耗和费用为目标建立多目标优化问题。然后,在多染色体混合编码、自适应交叉率和变异率等方面对基于参考点的非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic AlgorithmⅢ,NSGA-Ⅲ)进行改进,使之适合DCM-PO模型中的多目标优化问题求解。最后,仿真结果表明,相比基准MEC模型,DCM-PO模型在多项性能指标上有明显优势。

基于GA-BP与NSGA-Ⅱ的数控铣削参数优化研究

高效低碳制造是可持续发展的关键,而数控铣削作为常用的金属表面加工方法存在刀具寿命短、碳排放量高的问题。提出基于NSGA-Ⅱ的GA-BP多目标优化方法,通过分析不同加工参数条件下的数控铣削刀具寿命及碳排放数据集,建立GA-BP神经网络刀具寿命及碳排放预测模型。基于NSGA-Ⅱ算法建立以刀具寿命、碳排放量为目标的主体优化模型,调用构建的GA-BP神经网络模型作为目标函数进行优化求解,得到Pareto最优解集。对Pareto最优解集进行TOPSIS最优解决策,得到综合优化刀具寿命与碳排放量的加工参数组合。优化结果表明:该方法既可以对数控铣削刀具寿命及碳排放量进行准确预测,还可以对两者进行有效优化,对数控铣削参数优化具有一定的理论指导意义。

基于NSGA-Ⅱ算法的若尔盖高原高寒湿地生态修复格局优化

随着全球气候变暖和人类活动增强,高寒湿地面临着面积萎缩、动植物生境恶化、生态系统结构和功能退化等环境问题。以若尔盖高原高寒湿地为研究对象,基于生态系统稳态转化理论,使用湿地景观演变函数和第二代非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)分析1980—2015年7期湿地动态变化,计算多情景多目标函数值,选择适宜目标并基于社会经济生态可持续性发展、湿地生态系统稳态平衡原则,制订湿地修复优化策略。结果表明,可持续发展区、过度关注区与过度扰动区呈围绕发展,分别占湿地总面积的45.25%、17.27%与37.48%;基于NSGA-Ⅱ算法评价无偏好(等权最优)、经济效益最大化、生态效益最大化、空间紧凑度最大化、修复适宜性最大化5个目标下的湿地修复策略,无偏好策略函数值在经济效益、生态效益与湿地修复适宜性方面分别提升41.45%、9.18%和1.65%;基于社会经济可持续性发展的需求,构建保护优先、自然恢复、近自然恢复和适度修复4类若尔盖高原湿地生态修复空间优化格局。

基于NSGA-Ⅱ算法的自动驾驶停车泊位优化模型

完全自动驾驶车辆将具有自动泊车功能,自主泊车技术可实现多排布局的高密度、集约化停车布局,将彻底改变双排多通道的传统停车布局方式.然而,在释放被阻塞车辆时不可避免产生额外的移动和拥堵.为了明晰多排布局产生排队阻塞和额外移动次数与空间利用率提升的悖反规律,综合考虑停车场的几何属性、移动策略、需求特征等设计要素,通过车辆协同让道规则释放阻塞车辆,以泊位数量最大和移动次数最少为双重目标,构建了自动驾驶条件下多排布局方式停车泊位优化模型,设计了带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行求解,通过数值实验提出了停车设施的最佳区域和布局,同时还进行了不同移动策略的敏感性分析.结果表明,在不降低停车位利用率的前提下,基于就近原则的移动策略大大减少了预期移动次数.

基于NSGA-Ⅱ算法的制造资源组合优化

为解决定制产品制造过程中的资源组合优化问题,建立基于制造需求的制造资源组合优化模型,将制造资源的组合优化描述为多目标优化问题,提出了机械加工总时间、机械加工总成本、机械加工总能耗3个优化目标,建立数学模型并采用NSGA-Ⅱ遗传算法进行求解。计算结果表明,多目标优化算法结果相较于传统的单个决策原则下的方案实现了时间、成本、能耗3者的最佳平衡,并且结合MOPSO算法结果进行对比分析,得出NSGA-Ⅱ算法在目标函数上的分布性和优化效果更好。