复杂产品装配建模与装配序列规划技术研究与应用

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装配技术直接影响复杂产品的性能、研制周期、成本、运行及维护方式等,其重要性得到越来越广泛的重视。数字化装配技术在复杂产品装配规划、管理和操作等过程中综合应用信息技术,可以有效地克服传统装配模式的不足,提高装配效率,改进装配质量,缩短装配周期,降低装配成本。随着产品复杂性的提高和敏捷响应市场能力要求的提高,快速、有效地实现复杂产品的装配规划已经成为激烈市场竞争环境下企业产品开发的一个必然要求。另外,计算机仿真技术、人工智能技术和信息处理技术的飞速发展,为复杂产品装配规划技术向着数字化、自动化、智能化方向发展提供了条件。因此,研究数字化装配规划技术具有重要的理论意义和工程应用价值。本文面向复杂产品,对数字化装配规划中的装配建模和装配序列规划技术进行了重点研究。  在分析数字化装配规划系统对产品装配模型的信息需求基础上,采用面向对象技术建立复杂产品的集成化装配元模型,描述产品装配过程中的主要对象类及其关系,集成表达产品结构、装配特征、装配关系、工艺方案等信息。基于装配元模型,采用对象匹配方法实现产品结构对象模型的构造。提出2种简化装配模型的策略,有效降低了复杂产品装配模型的复杂度。  提出了由设计结构到装配结构的产品装配模型的重构方法及装配关系的动态维护算法,保证装配模型的一致性、完整性和正确性。基于邻接矩阵、干涉矩阵和支撑矩阵,给出了模型重构后新生成的子装配体有效性验证方法,为有效实现设计模型到装配模型的转变提供了理论指导和方法支持。针对现有装配序列表达方法的不足,以鱼骨图的基本结构作为主框架,结合装配序列的具体内容,提出一种基于鱼骨图的装配序列表达的新方法,有效实现了装配序列简单、清晰、直观的表达。  提出了一种基于改进遗传算法的装配序列规划方法。针对现有遗传算法在求解ASP问题时存在的不足,对初始种群的产生、遗传算子操作、参数设置等方面进行了改进。算法充分利用了接触约束关系、根据连接件知识自动推理出的优先及紧邻关系指导染色体的产生与变化,并建立包括可行性、重定向性、稳定性、连续性和聚合性为评价指标的适应函数,实现多目标优化。应用实例结果表明,该算法能够较快搜索到符合工程实际的最优/近优装配序列,是求解复杂产品装配序列的有效算法。  提出了基于离散粒子群算法的装配序列规划方法,将通常用于连续空间优化的粒子群算法成功扩展到ASP领域。该算法结合ASP问题的特点,在排序空间对粒子的位置、速度及位置-速度运算规则进行了重新定义,针对基本粒子群算法易陷入局部最优的缺点,采用新的学习机制,建立全局与局部混合优化模型,并引入粒子修复技术,增强算法的寻优能力。通过应用实例和与遗传算法的比较分析,证明了该算法的有效性和快速搜索能力。  依据提出的理论、技术和方法,开发了复杂产品的装配规划与仿真系统AeroAssem。以蜗轮蜗杆减速器为实例,在AeroAssem系统中完成了装配建模、装配方案管理、装配序列智能优化、装配仿真等工作。通过该系统的实现和实例产品的应用验证了所本文提出的理论、技术和方法的正确性和有效性。
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