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数字化产品预装配序列生成、评价与优化研究

李磊  
【摘要】: 在并行工程中,数字化产品序列预装配规划问题属于NP难题,是自动化领域研究的热点问题之一。 在规划数字化产品装配序列中,核心问题有三个:①产品装配模型的定义;②装配序列的求解策略;③装配序列的评价及优化。本文结合国内外研究现状和实际情况,针对数字化产品装配序列规划中的关键技术进行了深入研究,提出了一套解决大规模装配体装配序列生成、评价与优化问题的方法。本文主要研究内容和创新工作包括: ①产品装配信息模型是研究装配序列规划的基础和主要内容。在本文的研究中,提出了一种面向装配规划的层次装配模型,该模型首先从CAD系统获得产品装配模型的基础数据,在此基础上进行数据处理,将装配信息分两层存储,低层装配模型信息存储具体的零件几何形状与位置信息;高层装配模型信息存储零件之间抽象的接触和联接关系信息。该层次模型包括零件(产品)信息、装配关系、装配树等完备的产品信息。 ②本文提出基于知识推理及模糊理论,结合子装配与聚族提取以及装配树,利用层次联接关系图,将一个复杂的装配序列求解问题转化为若干个相关的小规模装配序列求解问题,并用一种层次与或图结构存储装配序列,使割集法求解装配序列的计算复杂度大大降低。本算法不仅能够生成全部可行装配序列,而且可使序列达到优化或接近优化。该算法克服了以往装配序列生成算法的主要缺点,增强了算法效率及可靠性,能够处理的零件数目大大增加。这种模拟问题归约法的求解思想是解决大规模装配体装配序列求解问题的有效途径。 ③在割集法生成装配序列的过程中,本文提出利用子装配体的局部分离运动自由度矩阵和子装配体的内部运动自由度矩阵来判断每个装配割集生成的两个子装配体的局部几何可行性、稳定性。并引入子超集规则、机械可行性和技术可行性等判断,对装配割集逐级进行可行性判断。在割集法生成装配序列的早期删除不满足稳定性和几何可行性的分割,将问题消灭在问题发现的早期。 ④将模糊理论用于装配序列的评价,是本文的一个创新点。通过分析影响 摘 要 装配序列质量的各种因素,利用模糊理论,本文建立了装配序列模糊综合评价模 型,可以对装配序列进行定量的评价,依据评价的结果对装配序列进行筛选,并 且对装配序列忧化结果进行验证。本方法与现有的其他评价与优化方法相比较, 具有评价客观全面,易于操作的特点。 ⑤将装配序列优化按照问题来源不同,分解成两个独立问题分别解决是本 文首次提出的。对于第一类由于装配序列自身不优化问题,分别对二叉树表示和 与或图表示的装配序列,采用专家系统与带成本的与或图搜索算法,进行了局部 和全局两个层次上的优化。对于第二类由于生产环境变化引起的优化问题,利用 网络计划方法进行装配序列的优化。这两类装配序列优化问题的解决,对于解决 将数字化产品装配序列规划技术应用到实际生产中具有重要的意义。 ③基础零件选择的恰当与否直接影响到装配夹具、装配设备的选择,对装 配成本的影响很大。本文提出采用知识推理的方法确定基准件,并总结出一组规 则,可以准确、可靠的判断装配操作中的基准件。 ①根据本文的理论研究成果,开发研制了装配序列原型系统。这个原型系 统完成之后,起到了验证本文各项理论的作用,达到了预期的效果。本文提出的 大规模装配序列生成、评价及优化方法,通过装配实例分析,证明是完全可行而 高效的。 本文的研究内容是解决数字化产品预装配规划问题的核心与关键,为进一 步开发实用化预装配系统奠定了坚实的理论和技术基础。


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