Un metodo di classificazione dei moduli per apparecchiature industriali leggere basato su NSGA2 migliorato

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13789 (2023) Citare questo articolo

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In risposta al problema che è facile cadere nell'ottimo locale quando si utilizza il tradizionale algoritmo di clustering per dividere i moduli, questo documento migliora la strategia di inizializzazione dell'algoritmo NSGA2 e la combina con l'algoritmo FCM per proporre un algoritmo NSGA2-FCM migliorato per l'analisi di clustering. Innanzitutto, la mappatura FBS viene utilizzata per modellare la struttura funzionale del sistema di prodotto e identificare la relazione tra le strutture funzionali del prodotto. In secondo luogo, viene costruita una matrice di sintesi delle correlazioni basata sulle relazioni tra i driver di divisione dei moduli. Infine, l'algoritmo migliorato NSGA2-FCM viene applicato all'analisi dei cluster del prodotto per ricavare il miglior schema di divisione dei moduli. L'algoritmo evita di cadere nell'ottimale locale ottimizzando la strategia di inizializzazione dell'algoritmo NSGA2, utilizzando al tempo stesso l'algoritmo FCM per migliorare la precisione del clustering. Ciò consente all'algoritmo di esplorare lo spazio della soluzione in modo più efficace quando trova la migliore soluzione di partizionamento del modulo. Infine, l'efficacia dell'algoritmo per la classificazione dei moduli delle apparecchiature dell'industria leggera viene verificata utilizzando i fermentatori di birra come caso di studio.

Essendo uno strumento efficace per la progettazione rapida dei prodotti, una corretta classificazione modulare può migliorare l'efficienza della progettazione e affrontare in modo efficace le sfide legate alla qualità del prodotto, ai tempi del ciclo di produzione e ai costi. La maggior parte della letteratura attuale sull’argomento identifica i moduli concentrandosi sugli aspetti strutturali e/o funzionali, ma trascura i fattori di classificazione modulare. Ad esempio, ricercatori stranieri come Eppinger et al. hanno studiato le tecniche di sviluppo della modularità del prodotto e introdotto per la prima volta un approccio formale basato su matrice per studiare le strutture di prodotto modulari, indicando le correlazioni tra i moduli dei componenti1. Rong et al. ha proposto un approccio orientato al prodotto alla divisione modulare della catena di fornitura, stabilendo una matrice di relazioni attraverso interazioni funzionali e strutturali tra le componenti del prodotto2. Ramachandran K et al. hanno studiato l'effetto del tasso di modularizzazione del prodotto sui lanci rapidi dei prodotti e hanno scoperto che, individuando i miglioramenti prestazionali nella modularizzazione dei prodotti, è stata ottenuta una combinazione innovativa di architettura del prodotto, prezzi e decisioni relative ai tempi per lanci rapidi dei prodotti3. Wei et al. ha proposto un insieme predefinito di moduli basati sull'assemblaggio e sullo smontaggio per generare vari livelli di lavoro o funzioni per creare più varianti di prodotto e migliorare l'utilità del prodotto per le decisioni in fase di progettazione attraverso la segmentazione della modularità4.

La studiosa nazionale Jia Yanlin ha condotto uno studio sistematico sulla modularità e ha proposto un processo generale per la progettazione modulare di prodotti meccanici, dividendo il processo di progettazione modulare del prodotto in quattro parti: pianificazione modulare, divisione modulare, creazione di moduli e combinazione di moduli. Gu Xinxin ha diviso il lavoro della divisione modularità del prodotto in due parti principali: costruzione della piattaforma di prodotto modulare e progettazione modulare del prodotto ordinato. Zhang Haiyan et al. ha utilizzato il modello di progettazione funzione-principio-comportamento-struttura per mappare la correlazione tra i componenti del sistema e le statistiche dei gap applicate e i metodi di rete neurale auto-organizzanti per l'analisi dei cluster per completare la divisione modulare di speciali macchine utensili a ingranaggi cilindrici, gettando le basi per la riconfigurabile ricerca di macchine utensili5. Liu Mingyuan et al. ha proposto un metodo di classificazione dei moduli basato su un algoritmo genetico migliorato. Partendo dalla premessa di ottenere la matrice della struttura di progettazione dei componenti e la funzione di idoneità del modulo, è stato utilizzato l'algoritmo genetico migliorato di crossover delle differenze e variazione di prossimità per cercare la migliore soluzione per la classificazione dei moduli.

Sebbene la ricerca precedente sul partizionamento dei moduli si sia concentrata maggiormente sulla teoria e sui metodi della modularità, la sensibilità ai dati di inizializzazione del modulo è bassa e mancano driver e parametri di modularità esaustivi, mentre le operazioni strutturate limitano anche altre proprietà del partizionamento dei moduli.