一种多材料车身装配顺序规划优化方法技术

本发明专利技术提出一种多材料车身装配顺序规划优化方法，在车身设计装配信息分析、并遵循车身装配零部件间多个约束关系得到的可行装配序列基础上，依据多材料车身装配节点工位级复杂性描述与度量，以传递复杂性为装配工位节点间的成本阵列对多材料轻量化车身装配顺序规划优化问题进行描述，去除无效信息后的带约束装配顺序优化问题类似于带约束的非对称旅行商问题，建立有效传递复杂性总和最小的装配顺序优化模型，并爬山遗传算法启发式搜素得到装配顺序优化问题的求解。

【技术实现步骤摘要】
一种多材料车身装配顺序规划优化方法
本专利技术涉及复杂产品装配线工艺规划领域，尤其涉及一种多材料车身装配顺序规划优化方法。
技术介绍
针对车身装配顺序规划，生产厂商常根据样品装配试验来进行规划，这种方法不但工作量巨大，耗时长，而且设计结果因人而异，工艺设计质量不稳定，在装配任务划分与分配等方面难以达到理想的效果。为满足数字化管理需求，还存在基于割集的装配序列规划、基于优先关系的拆卸序列规划、基于虚拟装配的装配顺序规划等方法，以及在装配知识模型的支持下，运用相关求解算法，进行基于知识或基于实例推理的装配顺序规划优化方法，以获取最佳的装配顺序。这些装配顺序规划优化方法，对于传统批量装配生产的单一材料产品的装配工艺规划，其装配顺序规划可通过经验、零部件装配关系和装配实例推理等装配知识推理得到，而对于复杂较高的装配体，尤其是满足多样化和个性化需求制造的多材料车身装配，装配零部件的多样性和装配的不确定性增加，从而使装配操作的复杂性和装配的易错率增加，增加的复杂性与装配的难易程度及装配操作时间直接关联，因而，将现有装配顺序规划和优化技术应用于多材料车身的装配顺序规划优化上具有明显的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多材料车身装配顺序规划优化方法，以改善装配系统的复杂性，提高装配系统性能并保障多材料车身装配的轻量化效果。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多材料车身装配顺序规划优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)多材料车身装配工位级装配操作复杂性的描述与度量：工位是构成多材料车身复杂装配系统的基本单元，装配工位级复杂性是车身装配系统复杂性的基本单元；工位中进行的装配操作包括车身装配过程中进行的各类操作选择和装配操作执行；依据工位间装配操作相关性的描述，建立由进给复杂性和传递复杂性组成的工位级装配操作复杂性的度量；(2)多材料车身装配顺序规划优化问题求解方案：将多材料车身零部件装配的节点作为装配顺序规划优化的节点划分；对不具备可重用的多材料车身零部件子装配，得到子装配可行装配序列基础上，基于装配操作传递复杂性与装配顺序的直接相关性，根据车身装配结构及装配约束的优先级限制，识别并清除装配序列中各装配节点间的不可行单元简化问题的求解；基于复杂性分析的多材料车身装配顺序规划优化问题，类比于受约束的旅行商问题(TSP-PC)，以最小化受制于一定顺序约束的多材料车身装配复杂性总和为优化目标函数，建立基于复杂性分析测度的多材料车身装配顺序规划优化模型；(3)定向爬山遗传算法求解多材料车身装配顺序优化问题：应用基于定向爬山的遗传算法(OHCGA)求解多材料车身装配复杂关系的装配顺序优化问题；在遗传算法的基础上增加定向爬山操作(OHCO)，引导算法向全局最优解收敛，提高收敛速度，改善算法搜索全局最优解的能力；爬山遗传算法求解主要通过染色体编码、适应度函数的确定、遗传算子的选择、交叉和变异操作以及定向爬山操作等实现。该方法在车身设计装配信息分析、并遵循车身装配零部件间多个约束关系得到的可行装配序列基础上，依据多材料车身装配节点工位级复杂性描述与度量，以传递复杂性为装配工位节点间的成本阵列对多材料轻量化车身装配顺序规划优化问题进行描述，去除无效信息后的带约束装配顺序优化问题类似于带约束的非对称旅行商问题(ATSP-PC)，建立有效传递复杂性总和最小的装配顺序优化模型，并爬山遗传算法启发式搜素得到装配顺序优化问题的求解。本专利技术的优点在于：该方法针对多种轻量化材料在车身上应用带来的装配多样化和不确定性增加，从而导致装配操作的复杂性和装配错误率增加，通过基于复杂性分析测度的装配顺序优化的同时，降低装配系统的复杂性，提高多材料车身装配顺序规划的效率，提升多材料车身装配工艺规划的自动化水平，减少出错率，更好地保障装配的质量，降低装配成本，缩短生产周期，可应用于复杂产品装配体，如多材料轻量化车身、飞机等多样化和智能化需求高的大型复杂装配的任务规划问题。附图说明图1是本专利技术提出的多材料车身装配顺序规划优化方法的流程图；图2是工位间装配操作相关性示意图；图3是多节点装配顺序约束关系示意图；图4是爬山遗传算法求解过程示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本专利技术。如图1～图4所示，本专利技术提出的多材料车身装配顺序规划优化方法包括以下步骤：I、工位级装配复杂性的描述与度量。工位是构成多材料车身复杂装配系统的基本单元，装配工位级复杂性是车身装配系统复杂性的基本单元。工位中进行的装配操作包括多材料车身装配过程中进行的各类操作选择及装配操作执行。1)工位间装配操作的相关性描述如图2，Si、Sj和Sk表示多材料车身装配的三个工位模块，车身装配过程中，按照装配要求或客户定制，选择相应的变量组成最终的车身产品。例如，分别从Si中选择Vi,2、从Sj中选择Vj,2、从Sk中选择Vk,2，组成一个特定的车身子装配。对于多材料车身装配，由于设计过程中的约束条件或客户个性化订制过程中的偏好，例如客材料属性、尺寸外观、功能需求或装配制造等特定属性要求而产生约束，导致工位中的装配操作存在一定的相关性，即多材料车身装配操作复杂性互为不独立事件，工位间装配操作相关性的存在，使得上流工位的装配操作及其结果将对后继工位的装配操作产生相关的影响，存在着工位间信息的传递。用信息论中的互信息熵I(X；Y)描述前面发生事件传递给后续事件的信息。2)工位级装配操作复杂性的度量多材料车身装配操作复杂性是由各类装配操作行为产生的复杂性的叠加，在这些装配操作行为中，存在一些仅由当前工位的特征变量决定的装配操作，称为“进给复杂性”，用两个相同的下标表示，如工位j的进给复杂性表示为Cjj。另有一些装配操作行为如工艺选择、顺序选择等，本工位的装配操作需要考虑其上流工位中对本工位装配产生的影响，产生装配信息的“传播”或“传递”行为，相关的复杂性称为“传递复杂性”，表示由上流工位i(工位i先于工位j，表示为i<j)的装配操作引起的本工位j的装配操作复杂性，可用两个不同下标表示为Cij。多材料车身装配工位级复杂性，对于工位j(j＝1,2,…,n)，可表示为本工位的进给复杂性Cjj和其上流工位i(i＝1,2,…,n-1)的传递复杂性Cij的叠加：由于上流工位的装配操作变量主要影响本工位的装配操作选择行为及其选择复杂性，传递复杂性Cij，可表示为各类装配操作选择复杂性的加权和：本工位的进给复杂性Cjj为包括在本工位装配操作过程中进行的装配操作选择和装配操作执行行为的复杂性，可表示为：将式(2)和式(3)代入式(1)，得到工位级装配操作复杂性的构造。对工位j，其复杂性Cj可表示为：其中，和分别为第kcu类装配操作选择复杂性和第kpv类装配操作执行复杂性的权性系数；和为对应复杂性作用系数，若装配工位j包含第kcu类装配操作选择复杂性，则否则若装配工位j包含第kpv类装配操作执行复杂性，则否则为上流工位i(i先于j，表示为i<j)增加的装配操作变量引起的本工位j装配操作选择复杂性的熵，和分别为本工位j的装配操作选择复杂性和装配操作执行复杂性的熵。II、多材料车身装配顺序优化问题模型建立本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多材料车身装配顺序规划优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)多材料车身装配工位级装配操作复杂性的描述与度量：依据工位级装配操作的相关性描述，建立由进给复杂性和传递复杂性组成的工位级装配操作复杂性的度量；(2)多材料车身装配顺序规划优化问题求解方案：将多材料车身零部件装配的节点作为装配顺序规划优化的节点划分，对不具备可重用的多材料车身零部件子装配，得到子装配可行装配序列基础上，基于装配操作传递复杂性与装配顺序的直接相关性，根据车身装配结构及装配约束的优先级限制，识别并清除装配序列中各装配节点间的不可行单元简化问题的求解，基于复杂性分析的多材料车身装配顺序规划优化问题，类比于受约束的旅行商问题，以最小化受制于一定顺序约束的多材料车身装配复杂性总和为优化目标函数，建立基于复杂性分析测度的多材料车身装配顺序规划优化模型；(3)定向爬山遗传算法求解多材料车身装配顺序优化问题：应用基于定向爬山的遗传算法求解多材料车身装配复杂关系的装配顺序优化问题。

【技术特征摘要】
1.一种多材料车身装配顺序规划优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)多材料车身装配工位级装配操作复杂性的描述与度量：依据工位级装配操作的相关性描述，建立由进给复杂性和传递复杂性组成的工位级装配操作复杂性的度量；(2)多材料车身装配顺序规划优化问题求解方案：将多材料车身零部件装配的节点作为装配顺序规划优化的节点划分，对不具备可重用的多材料车身零部件子装配，得到子装配可行装配序列基础上，基于装配操作传递复杂性与装配顺序的直接相关性，根据车身装配结构及装配约束的优先级限制，识别并清除装配序列中各装配节点间的不可行单元简化问题的求解，基于复杂性分析的多材料车身装配顺序规划优化问题，类比于受约束的旅行商问题，以最小化受制于一定顺序约束的多材料车身装配复杂性总和为优化目标函数，建立基于复杂性分析测度的多材料车身装配顺序规划优化模型；(3)定向爬山遗传算法求解多材料车身装配顺序优化问题：应用基于定向爬山的遗传算法求解多材料车身装配复杂关系的装配顺序优化问题。2.根据权利要求1所述的一种多材料车身装配顺序规划优化方法，其特征在于：步骤(1)中，工位间装配操作的相关性描述包括：用Si、Sj和Sk表示多材料车身装配的三个工位模块，车身装配过程中，按照装配要求或客户定制，分别从Si中选择Vi,2、从Sj中选择Vj,2、从Sk中选择Vk,2，组成车身子装配；工位级装配操作复杂性的度量包括：对于工位j(j＝1,2,…,n)，可表示为本工位的进给复杂性Cjj和其上流工位i(i＝1,2,…,n-1)的传递复杂性Cij的叠加：传递复杂性Cij可表示为各类装配操作选择复杂性的加权和：本工位的进给复杂性Cjj为包括在本工位装配操作过程中进行的装配操作选择和装配操作执行行为的复杂性，可表示为：将式(2)和式(3)代入式(1)，得到工位级装配操作复杂性的构造；对工位j，其复杂性Cj可表示为：其中，和分别为第kcu类装配操作选择复杂性和第kpv类装配操作执行复杂性的权性系数；和为对应复杂性作用系数，若装配工位j包含第kcu类装配操作选择复杂性，则否则若装配工位j包含第kpv类装配操作执行复杂性，则否则为上流工位i(i先于j，表示为i<j)增加的装配操作变量引起的本工位j装配操作选择复杂性的熵，和分别为本工位j的装配操作选择复杂性和装配操作执行复杂性的熵。3.根据权利要求1所述的一种多材料车身装配顺序规划优化方法，其特征在于：步骤(2)中，多材料车身装配顺序优化问题模型的建立步骤如下：首先，识别装配优先关系和隐含的装配优先关系，由装配关系和装配约束确定的节点i优先于节点j的装配，即j∈{j|i＜j}，对应标记为S；然后，若{i,j}为无关对，即{i,j}为一对互不相关的元素，标记为R，这时节点i既可安排在节点j前，也可在其后被装配，对应的装配节点间的互信息熵表示的传递复杂性分别为Iij和Iji；接下来，设置所有标记S的单元为零，其对原始问题优化函数的唯一改变可通过设置一个常数来反映，而不改变原始问题的求解。同样地，如果复杂性传递显式或隐式顺序已经约束了i优先于j，也可令从i到j的传递复杂性为零，即Ii,j＝0(i<j)，所有未标记的{i,j}对为不许可。由于装配顺序优化的目标可行解为复杂性最小的优化，对于不许可单元，此处标记为∞；至此，基于复杂性分析的多材料车身装配顺序优化问题，可类似于受约束的旅行商问题；基于以上假设和对问题的约简，建立扩展优先顺序集的一有向图P＝(N,A)，其中，N＝{0,1,2,...,n}为装配节点集，A为由节点i先于节点j的箭头(表示为(i→j))组成的装配顺序路径集合；Ii,j为节点i先于节点j即i<j的装配顺序路径产生的由互信息熵表示的传递复杂性，当满足Cii＝∞时，终止自循环；对于i∈N中的每个节点，对应优先图定义的优先关系，由节点i前的节点组成的集合用表示；多材料车身装配系统复杂性最小的装配顺序优化问题可描述为：从车身装配节点0开始寻找一条哈密尔顿路径，访问装配节点i(i∈{1,2,…,n})前集合中的每一个装配节点，并最终回到节点0，其目标为寻找一条可行的多材料车身装配顺序路径，以使该路径中引发的有效传递复杂性总和最小；用(S,i)表示装配顺序优化过程中节点i(i∈S)的状态，S为在访问节点i前已被访问过的节点集，且在节点i前访问集合中的每一个节点；假定节点i在装配顺序中的位置为ki，ki对应节点i在点集S中的数量，则从状态(S,i)过渡到状态{S∪{j},j}的转移复杂性成本表示为为装配顺序节点的划分判断运算符，Nm为装配操作工人m(m＝1，2，…,M)的装配节点集，如果节点i在装配操作人员m的节点范围内，则否则，基于以上设定和假设，建立基于传递复杂性表示的多材料车身装配顺序优化问题的目标函数f(S,i)，为由节点i开始的顺序路径决定的有效复杂性成本和最小；访问路径从装配节点i出发，合理地访问集合N-S中其余的节点(n+1-|S|)，并最终返回到虚拟节点“0”结束，然后访问从状态(S,i)到状态(S∪{j},j)发生状态转移的节点j，j∈D(S)，D(S)为由状态(S,i)后有可能被访问的点集组成的决策空间；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳萍，傅晓锦，刘俊，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海,31