基于蟻群算法的裝配序列規(guī)劃策略研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝規(guī)劃(ComputerAidedAssemblyPlanning，CAAP)是先進(jìn)制造技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分，是繼CAD、CAPP、CAM技術(shù)之后的又一個(gè)研究熱點(diǎn)。由于它的產(chǎn)生適應(yīng)了制造業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)變化的需要，自20世紀(jì)80年代初以來，世界各國(guó)均投入了大量的人力、物力開展CAAP的研究，并取得了較大的成果。裝配序列規(guī)劃(AssemblySequencePlanning，ASP)是CAAP的核心技術(shù)，得到了廣泛的重視

2、。 裝配序列規(guī)劃是將組成裝配體的零件集合按照裝配約束要求序列化。目前裝配序列規(guī)劃技術(shù)存在的主要問題是，或者需要消耗過長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間，或者具有一定的局限性，只適合一定范圍的產(chǎn)品。本文在研究以往裝配關(guān)系表達(dá)的基礎(chǔ)上，利用優(yōu)先關(guān)系圖表達(dá)裝配體中零件之間的優(yōu)先關(guān)系。通過優(yōu)先關(guān)系的約束作用，可以大大減小搜索空間的規(guī)模，另一方面，優(yōu)先關(guān)系圖可以接受多種優(yōu)先關(guān)系，如通過配合關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)、利用人工輸入等，可以提高裝配序列規(guī)劃的效率以及規(guī)劃系統(tǒng)的適

3、應(yīng)能力。本文針對(duì)優(yōu)先關(guān)系圖提出一致完整性要求，并基于優(yōu)先關(guān)系圖的鄰接矩陣和可達(dá)性矩陣檢查其一致完整性。利用Warshall算法和WFS算法，對(duì)優(yōu)先關(guān)系的增刪操作進(jìn)行快速檢驗(yàn)，保證優(yōu)先關(guān)系圖在使用過程中保持一致完整性。然后提出了道路可達(dá)性矩陣的概念，基于道路可達(dá)性矩陣和鄰接矩陣，判斷出優(yōu)先關(guān)系圖中的冗余信息，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先關(guān)系的約簡(jiǎn)。并針對(duì)優(yōu)先關(guān)系圖的緊固件進(jìn)行簡(jiǎn)化，為裝配序列規(guī)劃提供了一個(gè)正確、簡(jiǎn)潔的優(yōu)先關(guān)系模型。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了裝配關(guān)系矩

4、陣，基于裝配關(guān)系矩陣對(duì)裝配序列規(guī)劃問題進(jìn)行了描述。 對(duì)于裝配規(guī)劃，工具的可操作性不容忽視。為此，本文提出了基于潛在干涉信息的快速工具驗(yàn)證方法，使得在裝配序列規(guī)劃過程中可以頻繁、快速的執(zhí)行工具操作空間可行性驗(yàn)證。此外，針對(duì)零件插入可行性驗(yàn)證、人體操作空間驗(yàn)證以及基于時(shí)間的裝配優(yōu)化評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了闡述?；趦?yōu)先關(guān)系圖，對(duì)裝配體的設(shè)計(jì)進(jìn)行了零件裝配插入空間、裝配工具操作空間的可行性檢查。 然后本文對(duì)蟻群算法進(jìn)行了深入的研究，在針

5、對(duì)蟻群算法優(yōu)化速度慢、早熟現(xiàn)象明顯等問題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)，構(gòu)造了MMAS*算法，在其中使用了新的適應(yīng)運(yùn)行時(shí)限的時(shí)變信息素下界，在保證收斂性的同時(shí)，使MMAS*算法具有良好的優(yōu)化速度和優(yōu)化效果。提出了懲罰蒸發(fā)機(jī)制，對(duì)不可行的個(gè)體解進(jìn)行懲罰。在此基礎(chǔ)上將MMAS*移植到裝配關(guān)系矩陣上，結(jié)合裝配序列的可行性驗(yàn)證和優(yōu)化要求，將算法用于單調(diào)線性裝配序列的生成。提出了優(yōu)先關(guān)系圖上的波傳播法，設(shè)定MMAS*的“可行轉(zhuǎn)移范圍”，使螞蟻的

6、搜索過程直接滿足優(yōu)先關(guān)系圖中的所有優(yōu)先關(guān)系。通過理論分析，證明了算法具有良好的收斂性。并利用實(shí)驗(yàn)方法確定了MMAS*中的部分參數(shù)設(shè)置?；谙伻旱乃阉鹘Y(jié)果，對(duì)每組緊固件進(jìn)行內(nèi)部排序，然后安插到裝配序列之中，形成一條完整的裝配序列。 有別于線性裝配過程，在多人合作的裝配過程中零件的安裝操作、工具的更換往往都是并行發(fā)生的。因此，將裝配任務(wù)分配給多個(gè)工人合作完成時(shí)，需要將零件、安裝的時(shí)間進(jìn)度一起規(guī)劃、分配，這樣才有可能保證裝配過程滿足優(yōu)

7、先關(guān)系的約束、可行性要求以及優(yōu)化要求。基于以上考慮，本文提出了確定工人數(shù)量的多人序列規(guī)劃問題，對(duì)時(shí)間進(jìn)度、可行性驗(yàn)證、安裝方向與重定位以及裝配代價(jià)等具體問題進(jìn)行了詳細(xì)的探討。對(duì)裝配關(guān)系矩陣和MMAS*算法的概率選擇進(jìn)行了改造，使得在每一步選擇過程中，螞蟻要選出包括零件、工人以及工作方向這三者的組合，然后根據(jù)這個(gè)組合，計(jì)算出各工人工作進(jìn)度的變化、工具的選擇、以及裝配體定位狀態(tài)的變化等，并通過設(shè)定零件最早安裝時(shí)間的方式來滿足優(yōu)先關(guān)系。然后根