数字化预装配环境下装配序列快速规划技术研究

论文摘要

合理的产品装配序列对装配效率的提高、装配成本的降低和装配质量的保证有着重要影响。随着产品复杂性的提高和交货期的缩短，快速、有效地获取产品的优化装配序列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。另一方面，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，为产品装配序列规划技术向着数字化、智能化方向发展提供了条件。因此研究数字化预装配环境下复杂产品装配序列快速规划具有重要的理论意义和工程应用价值。总结了目前国内外有关装配序列规划的研究方法，分析了它们的困难和不足，提出了复杂产品人机协同装配序列两级规划技术。提出了产品装配序列分级规划的思想，在此基础上，提出了装配序列系统级快速规划、支持重构的装配模型及其算法以及装配序列作业级快速规划等一整套装配序列规划技术与方法，实现了交互装配序列规划与自动装配序列规划的有机结合，保证了装配序列规划结果的有效性和规划过程的快速性。提出了基于产品层次结构树重构的装配序列系统级快速规划方法。由工艺人员在数字化预装配环境和产品装配模型的支持下，直接对设计阶段生成的产品层次结构树进行方便的交互重构，实现面向装配生产的子装配体再划分，快速生成满足实际生产需要的产品装配结构树。提出了重构行为有效性和几何可行性的检验算法，以保证子装配体再划分的高效性和正确性。同时，提出了子装配体内部分离运动自由度分析模型的具体计算方法和运算规则，给出了子装配体非稳定性判定条件以及非稳定子装配体的装夹零件选择算法和选用原则，为高效获得合理的装配序列系统级规划方案提供支持。给出了装配模型的信息组成及其总体结构，分析了支持重构的装配模型的基本要求，提出了一种基于装配关系元的产品装配关系模型表达方法，为复杂产品层次结构树的动态重构提供装配模型的灵活维护机制。提出了详细的装配关系变更维护算法以及装配位姿维护方法，实现数字化预装配系统在产品结构树重构过程中自动维护装配模型的一致性、完整性和正确性。提出了基于快速模糊评价的装配序列作业级规划方法。构建了一个具有开放结构的评价指标体系，提出了基于有向图的活动序列相似度的快速计算方法，给出了可行作业级装配序列对基于单因素指标装配性能优良的隶属度的计算原理与计算方法，在上述两方法的支持下，完成单条可行作业级装配序列的快速模糊评判，采用模拟退火算法进行优化作业级装配序列的搜索选择，获取作业级装配序列的全局最优解或近优解。提出了数字化预装配系统的体系结构，研究了CAD系统与数字化预装配系统之间的信息集成方法以及物体间分层递进的碰撞检测方法等有关数字化预装配环境关键实现技术，采用组件化的软件开发方法初步开发了一个数字化预装配系统DPAS以及集成在DPAS中的装配序列规划原型系统RASPS-DPAS，并进行了装配序列规划的实例验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 缩略词表
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 并行工程
• 1.1.2 数字化预装配
• 1.1.3 数字化预装配环境下的装配规划
• 1.2 国内外相关研究
• 1.2.1 理论研究现状
• 1.2.2 系统研究现状
• 1.3 课题来源及本文主要工作
• 1.3.1 课题来源与选题意义
• 1.3.2 本文主要工作
• 1.3.3 论文结构
• 2 数字化预装配环境下装配序列规划系统结构
• 2.1 引言
• 2.2 数字化预装配
• 2.2.1 数字化预装配的作用与内涵
• 2.2.2 数字化预装配的特点
• 2.3 数字化预装配系统的体系结构
• 2.3.1 数字化预装配系统需求
• 2.3.2 数字化预装配系统的功能组成
• 2.3.3 数字化预装配系统的体系结构
• 2.4 数字化预装配环境下复杂产品人机协同装配序列规划
• 2.4.1 复杂产品装配序列规划的需求分析
• 2.4.2 数字化预装配环境下装配序列规划系统结构
• 2.4.3 复杂产品人机协同装配序列规划特点
• 2.5 装配序列快速规划关键技术
• 2.6 本章小结
• 3 支持重构的装配模型及其算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 装配模型建模需求分析
• 3.3 装配模型的信息组成
• 3.3.1 属性信息
• 3.3.2 装配拓扑信息
• 3.3.3 几何信息
• 3.3.4 装配关系信息
• 3.3.5 装配工艺信息
• 3.4 支持重构的装配模型组织表达
• 3.4.1 支持重构的装配模型要求
• 3.4.2 支持重构的装配模型在系统中的组织与存储
• 3.5 装配模型重构的动态维护算法
• 3.5.1 装配模型动态重构中的装配关系的维护
• 3.5.2 装配模型动态重构中的装配位姿的维护
• 3.6 本章小结
• 4 装配序列系统级快速规划
• 4.1 引言
• 4.2 装配序列系统级快速规划的需求与特点
• 4.2.1 装配序列系统级规划的需求
• 4.2.2 装配序列系统级快速规划的特点
• 4.3 产品层次结构树与子装配体
• 4.3.1 子装配体定义及其关系描述
• 4.3.2 子装配体分类
• 4.3.3 面向工艺的子装配体形成必要条件
• 4.4 基于层次结构树重构的装配序列系统级规划
• 4.4.1 装配序列系统级规划流程
• 4.4.2 产品层次结构树重构有效性判定
• 4.4.3 装配序列系统级规划方案的总体分析与评价
• 4.5 非稳定子装配体判别及其装夹分析
• 4.5.1 面向非稳定性分析的装配模型及相关概念
• 4.5.2 子装配体非稳定性分析
• 4.5.3 子装配体非稳定性分析示例
• 4.6 本章小结
• 5 装配序列作业级快速规划
• 5.1 引言
• 5.2 装配序列作业级规划流程
• 5.3 作业级装配序列评价指标与综合评价模型
• 5.3.1 装配序列评价体系及其指标内涵
• 5.3.2 评价模型与评价方法
• 5.4 作业级装配序列快速模糊评判
• 5.4.1 单指标模糊评判
• 5.4.2 模糊综合评判
• 5.5 采用模拟退火算法的作业级装配序列生成与优化
• 5.5.1 装配序列优化规划模型
• 5.5.2 冷却进度表参数选取及相关算法加速处理
• 5.6 基于有向图的活动序列比较及其在作业级装配序列快速评判中的应用
• 5.6.1 基于有向图的活动序列比较原理
• 5.6.2 工程任务安排决策中的活动序列比较
• 5.6.3 活动序列比较方法在作业级装配序列评判中的应用示例
• 5.7 本章小结
• 6 数字化预装配环境下装配序列规划原型系统实现
• 6.1 引言
• 6.2 数字化预装配系统环境技术
• 6.2.1 CAD 系统与数字化预装配系统之间信息集成
• 6.2.2 数字化预装配环境中碰撞检测
• 6.3 装配序列规划原型系统实现
• 6.3.1 系统主要功能模块
• 6.3.2 系统实现方法与运行环境
• 6.4 系统应用实例
• 6.4.1 装配建模
• 6.4.2 装配序列系统级规划
• 6.4.3 装配序列作业级规划
• 6.4.4 装配工艺规划后处理
• 6.5 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文