基于知識(shí)的裝配序列規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近幾十年來(lái)，虛擬制造、敏捷制造等先進(jìn)技術(shù)得到了學(xué)術(shù)界的高度重視，世界各國(guó)投入了大量的人力、物力進(jìn)行這方面的研究，并且取得了相當(dāng)?shù)某晒?。作為?jì)算機(jī)輔助裝配工藝規(guī)劃CAAP（Computer Aided Assembly Planning）核心技術(shù)的裝配序列規(guī)劃ASP（Assembly Sequence Planning），得到了高度重視。
　　組成裝配體的零部件可以按不同的裝配順序形成同一產(chǎn)品，而不同的裝配序列可能有不同的效果，有的

2、可以順利完成產(chǎn)品裝配，有的則無(wú)法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，有的花費(fèi)代價(jià)很小，有的花費(fèi)代價(jià)很大，如何在裝配序列空間中找出合理的可行的序列，成為裝配序列規(guī)劃的目的。即裝配序列規(guī)劃屬于一類(lèi)滿(mǎn)足幾何、物理以及機(jī)械等約束的優(yōu)化問(wèn)題。
　　現(xiàn)有的裝配序列規(guī)劃方法都存在優(yōu)缺點(diǎn)，采用幾何推理進(jìn)行裝配序列規(guī)劃，雖然具有通用性，但計(jì)算時(shí)間的組合爆炸問(wèn)題無(wú)法避免；由于忽略了非幾何信息在裝配序列規(guī)劃中的重要性，所得到的裝配序列不一定符合實(shí)際裝配工藝。本文在研究以往裝

3、配序列規(guī)劃的基礎(chǔ)上，結(jié)合日積月累的裝配經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，進(jìn)行了基于知識(shí)裝配序列規(guī)劃的研究。
　　在基于知識(shí)裝配序列規(guī)劃系統(tǒng)中，知識(shí)庫(kù)的設(shè)計(jì)和建立在系統(tǒng)中占有重要的地位，是后續(xù)進(jìn)行裝配建模及裝配序列規(guī)劃的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)裝配知識(shí)的研究，針對(duì)裝配知識(shí)存在多樣性和復(fù)雜性，將裝配知識(shí)分為3類(lèi)：設(shè)計(jì)人員長(zhǎng)期工作中積累的零部件設(shè)計(jì)知識(shí)；在機(jī)電產(chǎn)品裝配過(guò)程中起著重要作用的連接結(jié)構(gòu)知識(shí)；以及裝配過(guò)程中，針對(duì)特定的零部件連接屬性、連接類(lèi)型、功能屬性等形成的裝配

4、規(guī)則知識(shí)。根據(jù)上述三種知識(shí)，本文分別建立的機(jī)電產(chǎn)品零部件知識(shí)庫(kù)、連接結(jié)構(gòu)實(shí)例庫(kù)以及裝配規(guī)則庫(kù)，形成裝配知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)，為后續(xù)裝配序列規(guī)劃打下基礎(chǔ)。
　　裝配模型的建立是裝配序列規(guī)劃的基礎(chǔ)。在研究以往裝配建模的基礎(chǔ)上，本文利用 Petri網(wǎng)建立裝配模型，其中用庫(kù)所表示零部件，用變遷表示對(duì)零部件的裝配操作，通過(guò)庫(kù)所和變遷的聯(lián)系建立零部件之間的連接關(guān)系。為使裝配Petri網(wǎng)模型能更好地反映實(shí)際生產(chǎn)中零部件之間的裝配關(guān)系，引入裝配知識(shí)，即分別

5、引入了表達(dá)零部件屬性知識(shí)的知識(shí)庫(kù)所，和表達(dá)裝配操作規(guī)則知識(shí)的知識(shí)變遷，形成基于知識(shí)的裝配Petri網(wǎng)模型。對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的裝配體可以通過(guò)分析基于知識(shí)裝配Petri網(wǎng)模型能獲得其所有可行裝配序列。對(duì)于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜裝配模型，為避免其帶來(lái)的“組合爆炸”問(wèn)題，結(jié)合上述連接結(jié)構(gòu)知識(shí)，對(duì)裝配Petri網(wǎng)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化。本文提出了對(duì)簡(jiǎn)化裝配Petri網(wǎng)模型和原裝配Petri網(wǎng)模型的一致性要求，并基于關(guān)聯(lián)矩陣檢查其一致性。最后基于關(guān)聯(lián)矩陣對(duì)裝配體進(jìn)行裝配序

6、列規(guī)劃。
　　一個(gè)裝配體往往有大量的可行裝配序列，如何判斷這些裝配序列的優(yōu)劣是裝配序列規(guī)劃的一個(gè)重要內(nèi)容。即選擇準(zhǔn)確高效的評(píng)價(jià)方法,方能從中快速優(yōu)選出適合企業(yè)環(huán)境條件、成本低、質(zhì)量好的裝配序列。本文在已有裝配序列評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研究基礎(chǔ)上，提出了基于裝配操作約束的裝配序列評(píng)價(jià)。即包括：零部件操作難易程度評(píng)價(jià)、裝配操作工藝性影響評(píng)價(jià)、以及裝配工具變化對(duì)裝配序列影響的評(píng)價(jià)。
　　通過(guò)對(duì)蟻群算法進(jìn)行了深入的研究，在針對(duì)蟻群算法優(yōu)化速度慢

7、、早熟現(xiàn)象明顯等問(wèn)題，本文從三個(gè)方面對(duì)蟻群算法進(jìn)行改進(jìn)。(1)將裝配操作約束作為啟發(fā)式信息引入狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率中。且通過(guò)獲取零部件之間裝配關(guān)系設(shè)定可行轉(zhuǎn)移范圍。(2)為提高算法的收斂速度，以及避免收斂到局部最優(yōu)解，采用了混合更新規(guī)則，對(duì)信息素進(jìn)行更新。且通過(guò)分析信息素殘留系數(shù)對(duì)算法的影響，在進(jìn)化過(guò)程中，信息素殘留系數(shù)隨進(jìn)化時(shí)間的變化而變化，使得算法更為有效。(3)分析概率轉(zhuǎn)移公式中參數(shù)對(duì)螞蟻選擇概率的影響，將傳統(tǒng)固定值改造為隨迭代時(shí)間變化而

8、變化的值，通過(guò)理論分析和試驗(yàn)結(jié)果確定，參數(shù)的改進(jìn)有助于算法快速找到好的解，且不至于收斂到局部最優(yōu)。通過(guò)理論分析，證明了改進(jìn)蟻群算法具有良好的收斂性。為規(guī)劃大型裝配體，提出了規(guī)模壓縮的思想，即通過(guò)壓縮規(guī)劃規(guī)模和解規(guī)模避免算法收斂速度慢的問(wèn)題。最后試驗(yàn)證明了該算法對(duì)大型裝配體進(jìn)行求解裝配序列規(guī)劃的有效性。
　　最后，本文在Unigraphics NX環(huán)境下，利用UG/Open API和VC6.0開(kāi)發(fā)了的基于知識(shí)的裝配序列規(guī)劃系統(tǒng)軟件。