单元化装配规划关键技术研究

论文摘要

随着市场竞争的日趋激烈,产品功能结构日益复杂。机械产品设计开发越来越受到重视并在国民经济和国防建设中占有重要地位。本文将装配规划与单元化思路相结合,以机械产品为研究对象,以装配模型为中心,以产品可装配性分析为实现目标,展开对机械产品单元化装配规划关键技术的研究,主要包括如下几方面：1)建立了一种面向产品单元化装配规划的装配体建模方法。在对传统装配模型分析的基础上,提出了一种具有较好扩充性、基于工程语义信息的装配语义关系图模型。将传动语义、连接件及几何约束信息融入到边属性中,并根据装配的难易程度对其进行量化。为后续的产品单元划分和序列规划提供基础。同时阐述了模型中零件信息、装配约束信息与工程语义信息的组成与表达方法。2)研究了产品的装配单元划分方法。装配单元规划将复杂产品分解为装配单元,降低装配规划问题的难度和规模,避免复杂产品装配规划遇到的“组合爆炸”难题。同时该方法可有效支持产品的装配设计与规划的并行管理。并从产品零件间的装配连接的紧密程度出发提出了基于万有引力的装配单元划分方法,将零件间的装配联系紧密程度与零件间的“引力”相挂钩。并以装配单元内聚合度和装配单元间分离度作为单元划分的筛选条件。3)建立了一种基于子图同构与事例推理的装配单元相似性分析方法。事例表示采用装配语义关系图模型的方式,简化了事例的图结构表示方法。并提出了装配单元的相似性计算方法。该方法为基于事例的装配规划奠定基础的同时,也为相近装配单元的装配规划分析提供了新的思路。4)研究了智能装配规划算法解决装配序列优化问题,提出并实现了基于遗传-细菌趋药性算法的装配序列优化,给出了装配序列优化模型与遗传-细菌趋药性算法模型之间的映射关系。该算法有效地改善装配序列种群的组成成份,加快算法的全局搜索能力。算法在改善参数与初值敏感性方面具有一定优势,为装配序列规划提供一种较高效的智能装配序列优化工具。拓展了混合智能优化算法在装配规划中的应用。5)在子装配序列生成的基础上,通过对装配单元接口的分析,提出了将嵌套分割算法用于完成装配序列的合并,实现了计算机辅助推理的装配序列合并方法。根据装配子单元间连接方式、接口形式,结合最小树形图、拓扑排序等方法完成求解过程中的子域划分、抽样、深度设定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 课题的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 面向装配规划的装配建模
• 1.3.2 产品装配单元划分
• 1.3.3 装配序列规划
• 1.3.3.1 传统方法
• 1.3.3.2 基于工艺知识的装配规划
• 1.3.3.3 基于智能算法的装配序列优化
• 1.3.4 装配序列合并
• 1.3.5 装配序列评价和选择
• 1.3.6 虚拟装配规划方法
• 1.4 论文的主要工作
• 1.5 本文的章节安排和结构
• 第2章 产品单元化装配设计与规划集成框架
• 2.1 引言
• 2.2 协同装配设计与装配规划
• 2.3 单元化装配设计与规划
• 2.3.1 单元化装配设计与规划集成框架
• 2.3.2 集成平台的运行机制
• 2.4 单元化装配规划与序列优化
• 2.4.1 单元化装配规划与序列优化流程
• 2.4.2 本文研究的假设
• 2.5 本章小结
• 第3章 面向单元化装配规划的装配建模
• 3.1 引言
• 3.2 装配建模方法
• 3.2.1 产品信息的层次表示
• 3.2.2 装配体关系模型
• 3.3 装配语义关系图模型
• 3.3.1 装配语义
• 3.3.2 连接件
• 3.3.3 装配语义关系图模型
• 3.4 功能元件间的装配联系强度
• 3.4.1 功能元件间的装配联系强度
• 3.4.2 边的定义
• 3.4.3 边的权值
• 3.5 本章实例
• 3.6 本章小结
• 第4章 面向单元化装配规划的装配单元规划
• 4.1 引言
• 4.2 装配单元与单元化装配规划
• 4.2.1 装配单元
• 4.2.2 单元化装配规划
• 4.3 基于万有引力的后选装配单元划分
• 4.3.1 万有引力定律
• 4.3.2 基本概念和定义
• 4.3.3 后选装配单元划分的基本流程
• 4.3.4 基于联系强度的零件间"引力"
• 4.3.4.1 ASRM中节点的质量
• 4.3.4.2 节点间的距离
• 4.3.4.3 装配体的基体零件及"引力"计算
• 4.3.4.4 装配单元的划分
• 4.3.4.5 装配单元间的联系度
• 4.4 本章实例
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于图理论及事例提取的子单元匹配
• 5.1 引言
• 5.2 装配体相似性分析
• 5.3 装配体单元结构相似性分析
• 5.3.1 装配体单元匹配的总体思路
• 5.3.2 Ullmann算法
• 5.3.3 事例的存贮与索引
• 5.3.3.1 事例的存贮
• 5.3.3.2 事例的索引
• 5.3.4 装配体单元结构与装配关系的相似度
• 5.3.4.1 装配体单元的相似度
• 5.3.4.2 边的装配属性相似度
• 5.3.5 图、子图匹配算法流程与机理
• 5.4 本章实例及分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 基于遗传-细菌趋药性算法的装配序列优化
• 6.1 引言
• 6.2 细菌模型及算法
• 6.3 基于遗传-细菌趋药性算法的装配序列规划与优化
• 6.3.1 基于遗传-细菌趋药性算法的装配序列规划与优化的整体流程
• 6.3.2 装配序列染色体编码
• 6.3.3 基因属性重组
• 6.3.4 适应度计算
• 6.3.4.1 评价指标的确定
• 6.3.4.2 适应度计算
• 6.3.5 进化操作
• 6.3.5.1 选择技术
• 6.3.5.2 交叉算子
• 6.3.5.3 变异算子
• 6.4 本章实例与讨论分析
• 6.4.1 实例
• 6.4.1.1 2D实例
• 6.4.1.2 3D实例
• 6.4.2 分析与讨论
• 6.4.2.1 2D实例
• 6.4.2.2 3D实例
• 6.5 本章小结
• 第7章 面向单元化装配规划的装配序列合并
• 7.1 引言
• 7.2 NPM算法
• 7.2.1 分割
• 7.2.2 抽样
• 7.2.3 索引值计算
• 7.2.4 回溯
• 7.3 相关基本概念
• 7.4 基于NPM算法的装配序列合并
• 7.4.1 基于NPM算法的装配序列合并算法流程
• 7.4.2 初始化
• 7.4.3 划分子域
• 7.4.4 抽样
• 7.4.5 回溯
• 7.5 本章实例
• 7.6 本章小结
• 第8章 原型系统与应用实例
• 8.1 系统的结构框架
• 8.2 系统的功能模块
• 8.2.1 面向单元化装配规划的装配建模
• 8.2.2 装配单元划分
• 8.2.3 装配序列规划
• 8.2.4 装配序列整合
• 8.3 应用实例
• 8.3.1 应用实例1-装配建模、装配单元规划
• 8.3.2 应用实例2-装配序列规划
• 8.3.3 应用实例3-装配序列整合
• 8.4 本章小结
• 第9章 总结与展望
• 9.1 全文总结
• 9.2 创新点
• 9.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 博士在读期间发表的学术论文