机电产品拆卸过程建模与规划研究

论文摘要

对机电产品拆卸过程进行规划是实现产品面向拆卸回收设计的有效途径,是评价产品绿色特性的重要手段,是提高产品实际拆卸过程综合效益的必要前提。产品的拆卸过程规划问题已成为产品面向拆卸回收设计中的核心问题。由于拆卸序列规划问题在数学上属于NP-完全型,即随着产品复杂程度的提高,判断出合适的产品拆卸序列是异常困难的。本研究的主要目的,在于探索具备较好的搜索策略,在适当图模型表达方式的基础上提出能够高效率地求解产品拆卸序列的方法。本文主要研究内容包含如下六个方面:（1）建立了拆卸层次信息图（DHIG）模型,将产品拆卸序列的解空间成功映射为可以执行的简单图形空间,即将产品的拆卸序列规划问题转化成为对该加权有向图中具备最优值的路径的搜索和寻优问题。构建产品的DHIG模型的过程,实际上是对产品中有关信息的收集和整理过程,其中,最主要的就是对产品中各零件间优先约束关系的判定,从而确定出DHIG中节点的拆卸可行性。本文设计和开发了基于CAD系统的产品中零件间拆卸优先约束矩阵的自动生成系统。（2）提出一种基于图解的蚁群优化算法（ACO）,以实现基于DHIG模型对产品拆卸序列的搜索和寻优。不同于传统的拆卸分析与规划研究,这一求解算法将最优拆卸序列的搜索进程和DHIG模型的构建进程并行起来,为将研究方法应用于解决实际工程问题提供了基础。针对拆卸序列规划过程中节点之间极易产生非平衡竞争的特性,改进了基本ACO中的概率选择方式、信息素更新机制等,使改进后的ACO具有较好的效能。讨论了算法的特点,并和其它智能拆卸序列优化方法进行了比较和分析。（3）对于具有较多零件的产品,采用了基于灰色聚类的子拆卸体划分方法,将产品划分为若干个适当规模的子拆卸体,该方法可有效降低DHIG的复杂性,提高拆卸过程建模和规划的效率。（4）在基于DHIG模型和蚁群优化算法相结合的拆卸过程规划的基础上,针对蚁群搜索到的少数几条拆卸序列（方案）,提出了根据信息熵进行权重向量计算的拆卸方案综合评价方法。（5）对基于粗糙集理论的零件合并专家知识获取方法进行了研究,以逐步扩充零件合并的设计知识库。（6）基于所阐述的有关基本理论和方法,设计开发了基于蚁群优化算法的拆卸过程规划原型系统,并对其中的有关CAD系统二次开发的技术进行了研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 产品拆卸的研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 产品拆卸的国内外研究现状及分析
• 1.2.1 可拆卸性设计
• 1.2.2 拆卸过程规划
• 1.2.3 子拆卸体的识别
• 1.2.4 可拆卸性评估及改进
• 1.2.5 零件合并方法
• 1.3 本文的课题来源、研究内容和结构安排
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 本文的研究内容
• 1.3.3 本文的结构安排
• 第2章 拆卸层次信息图模型
• 2.1 拆卸过程模型
• 2.2 拆卸层次信息图
• 2.2.1 层次信息图
• 2.2.2 拆卸层次信息图
• 2.2.3 DHIG对解空间的描述的特点
• 2.3 拆卸操作几何推理
• 2.3.1 拆卸优先约束矩阵
• 2.3.2 拆卸操作可行性判定
• 2.3.3 构建DHIG模型的算法步骤
• 2.3.4 构建DHIG模型的计算复杂性分析
• 2.4 产品的DHIG示例
• 2.5 复杂产品的简化处理方式
• 2.6 搜索DHIG模型中优化路径的方法
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于改进蚁群优化算法的拆卸序列规划
• 3.1 基本蚁群优化系统模型
• 3.1.1 蚁群优化算法描述
• 3.1.2 蚁群优化算法的数学模型
• 3.1.3 蚁群优化算法的系统学特征
• 3.2 基于改进ACO算法的拆卸序列规划方法
• 3.2.1 基本蚁群优化算法的不足
• 3.2.2 改进ACO算法的主要结构
• 3.2.3 在蚁群搜索过程中同步构建DHIG
• 3.2.4 智能化的信息反馈机制
• 3.2.5 评估函数的设计
• 3.2.6 实例分析
• 3.3 改进蚁群优化算法的信息素模型
• 3.3.1 状态转移规则
• 3.3.2 信息素局部更新
• 3.3.3 信息素全局更新
• 3.4 应用实例及讨论分析
• 3.4.1 计算实例
• 3.4.2 参数影响分析
• 3.4.3 蚁群搜索与遗传进化
• 3.4.4 与其它研究方法的比较
• 3.5 关于目标拆卸问题
• 3.5.1 直接利用产品完全拆卸的分析方法
• 3.5.2 目标零件直接拆卸法
• 3.5.3 评估函数的设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 子拆卸体划分
• 4.1 子拆卸体与子拆卸体识别
• 4.2 灰色系统与灰色聚类
• 4.3 基于灰色聚类的子拆卸体划分
• 4.3.1 聚类对象
• 4.3.2 聚类指标
• 4.3.3 利用区间值化算子处理样本值矩阵
• 4.3.4 灰类及白化权函数
• 4.3.5 聚类指标关于灰类的权
• 4.3.6 计算聚类系数
• 4.3.7 区间数的排序
• 4.3.8 子拆卸体的划分
• 4.4 实例分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 拆卸序列优化及评价
• 5.1 拆卸序列的优化
• 5.2 拆卸序列优化的评价指标体系
• 5.2.1 技术性指标
• 5.2.2 经济性指标
• 5.2.3 环境性指标
• 5.3 拆卸序列优化分析方法
• 5.3.1 综合评价方法描述
• 5.3.2 建立决策矩阵并进行规范化处理
• 5.3.3 权重向量计算
• 5.3.4 综合属性值的计算
• 5.3.5 多指标综合评价
• 5.4 计算实例
• 5.5 本章小结
• 第6章 获取零件合并专家知识的方法
• 6.1 可行零件合并集
• 6.2 影响零件合并的因素分析
• 6.3 粗糙集理论的基本概念
• 6.4 计算方法分析
• 6.5 实例分析
• 6.6 本章小结
• 第7章 拆卸过程规划原型系统开发
• 7.1 拆卸过程规划原型系统
• 7.2 与三维造型软件的二次开发有关的技术
• 7.2.1 消除一个零件多个实例的现象
• 7.2.2 产品中紧固件的判定
• 7.2.3 零件拆卸路径的生成
• 7.2.4 快速干涉检验算法
• 7.2.5 拆卸优化序列的可视化技术
• 7.3 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历