基于遗传算法的水电站设备检修作业指导书自动生成方法技术

本发明专利技术涉及一种基于遗传算法的水电站设备检修作业指导书自动生成方法。其包括如下步骤：根据原始图纸，利用专业软件对机组设备建模，形成三维模型库；利用编码技术和数字化技术建立设备检修的关联知识数据；利用有向约束图和约束矩阵，建立设备零部件的几何约束关系；通过方向变化、工具更换和空间移动距离三个指标，建立设备检修拆解序列的评价函数；基于团队遗传算法自动求解拆解序列；利用3D引擎、视角自适应控制、多媒体技术，实现设备检修三维可视化作业过程的多信息呈现。本发明专利技术能够解决纸质检修作业指导书表达有限、理解难度大、自动化程度低的问题，实现设备不同检修项目的三维可视化检修作业指导书，为检修现场快速提供检修指导。速提供检修指导。速提供检修指导。

【技术实现步骤摘要】
基于遗传算法的水电站设备检修作业指导书自动生成方法


[0001]本专利技术涉及数字化作业指导书
，具体涉及一种基于遗传算法的水电站设备检修作业指导书自动生成方法。

技术介绍

[0002]近几十年来，计算机的图形处理能力不断提高，CAD软件已经成为三维可视化辅助设计和培训行业不可或缺的工具，它在降低理解难度，丰富信息内容表达方面起到了不可替代的作用，把人们从以往二维空间的信息表现转换到三维空间。
[0003]目前，计算机辅助软件AutoCAD、SolidWorks、Pro/Engineer、UG等已经是3D机械设计的必备工具，可快速实现机械设备的三维可视化；3DMax、Maya等软件在上述软件生成的模型基础上进行了模型动画制作、效果渲染的应用拓展，已成为三维运动模拟、原理展示的重要工具；Unity3D、Cocos3d-X、virtool等3D引擎综合前面的工作，把人们带入可编辑、漫游的三维虚拟环境。以上软件已在三维辅助设计和动画演示方面提供了功能全面的工具，但对于水电站设备检修的作业指导还需向专业化和智能化方向进一步拓展。
[0004]针对设备检修作业指导的数字化已经有了大量的研究，波音公司制作了大量关于飞机检修的作业指导动画，河海大学也开发了水电机组检修过程的示意软件。国家电网公司申请的专利技术专利“一种智能站检修作业指导书自动生成的方法及装置”(专利号：ZL201510837139.6)通过设备的标识信息，关联获取对应设备的信息，然后根据用户的选择指令对关联信息进行筛选和逻辑匹配，自动生成现场作业指导书，该专利主要是静态形式，通过文字表达，直观性较差，对动态的检修过程欠缺呈现。
[0005]目前水电站现场的设备检修的检修作业指导书还是以打印纸质形式为主，存在可视化表达欠缺，直观性差，不易理解；智能化水平不足，部分以预先制作的指导动画为主，编辑效率低。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术存在的不足，本专利技术提供一种基于遗传算法的水电站设备检修作业指导书自动生成方法，该方法以三维可视化模型为载体、以基于团队的遗传算法为支撑，能够自动生成动态的、三维可视化的水电站设备检修作业指导书。避免检修人员进行复杂的空间构想，能有效降低对设备检修过程的理解难度。
[0007]基于遗传算法的水电站设备检修作业指导书自动生成方法，包括以下步骤：
[0008]步骤a：建立设备检修对象的三维可视化模型，所述三维可视化模型包括设备三维模型、检修工具三维模型、仪器仪表三维模型、物资材料三维模型；
[0009]步骤b：建立设备检修知识数据库，所述设备检修知识数据库包括设备管理数据、检修工具管理数据、仪器仪表管理数据、检修工艺管理数据、检修说明文本、历史检修记录数据；
[0010]步骤c：在数据库中建立设备零部件之间的几何约束关系，建立该约束关系的数学
矩阵表示，并将所述数学矩阵转换成关系表，存储于数据库；
[0011]步骤d：确定不同拆解流程的优劣评价的量化指标，然后综合各量化评价指标，建立拆解流程的评价函数；
[0012]步骤e：实现设备检修流程的自动规划：
[0013]读取步骤c和步骤d得到的约束关系数据和量化评价指标数据，通过群智能算法，自动求解所接收检修任务的最优或者近似最优的拆解序列；
[0014]步骤f：生成完成检修任务的三维可视化检修作业指导书：
[0015]根据步骤e得到的拆解序列，关联步骤a和步骤b生成的三维可视化模型和设备检修知识，通过自动控制与演示模块，融合多媒体技术，利用三维引擎平台对检修作业过程进行三维可视化的动态展现；
[0016]步骤g：构建检修作业指导书的手动评价模块，用户根据检修现场的实际情况，对步骤f自动生成的检修作业指导书的合理性和有效性进行评价，并把当前的检修作业指导书内容和评价数据关联存储，用于优化检修作业指导书的下一次的生成。
[0017]所述步骤a中，三维可视化模型是用SolidWorks按照1:1建立的几何模型，通过3DMax进行材质渲染后，转换成fbx文件。
[0018]所述步骤b、步骤c中的数据用Access数据库进行存储。
[0019]所述步骤c中，约束关系通过有向图建立，约束关系的数学矩阵表示方式为：
[0020][0021]其中：n表示设备包含的零部件数，p
ij
表示零部件i是否直接限制零部件j的拆解。
[0022]所述步骤d中，评价函数为：
[0023][0024]其中，F
seq
为检修流程seq对应工作量的惩罚值，seq(i)表示检修流程seq第i步拆解的零部件；
[0025]D[seq(i)][seq(i+1)]、T[seq(i)][seq(i+1)]、Pos[seq(i)][seq(i+1)]分别表示检修流程seq的第i步到第i+1步工具是否更换、拆解方向改变多少、检修人员移动距离；
[0026]a、b、c分别表示工具更换、拆解方向改变、检修人员移动距离的惩罚系数。
[0027]所述步骤e中，群智能算法为基于团队的改进遗传算法：
[0028]初始种群平均分成多个团队，每个团队内部通过改进的遗传算法寻优，每个团队寻优完成后进行团队间的竞争，竞争失败的团队被淘汰，然后生成新团队递补，保证群体的多样性。
[0029]改进的遗传算法指的是，采用优先保护交叉机制和多点启发变异生成下一代；
[0030]团队间的竞争指的是，竞争以每个团队的最优拆解序列为代表进行实现，分别计算每两个拆解序列之间的相似度，相似度最大的两个拆解序列中对应的评价函数值相对较大的拆解序列所代表的团队为竞争失败者；
[0031]相似度通过汉明距离进行计算，两个拆解序列的汉明距离为：
[0032][0033]其中，D(SEQ1,SEQ2)表示序列SEQ1和序列SEQ2的汉明距离，Node
1-i
、Node
2-i
分别表示序列SEQ1、序列SEQ2的第i个节点，表示一种算子，即算子两边相同，则值为1，反之，值为0。
[0034]本专利技术一种基于遗传算法的水电站设备检修作业指导书自动生成方法，技术效果如下：
[0035]1)采用该方法，水电站设备检修作业指导书使用时，是动态变化的三维演示过程，可直观理解性好。
[0036]2)通过对设备零部件的约束关系模型、设备检修知识数字化的数据库和基于团队的遗传算法，能够根据设备的不同检修任务自动生成优化的检修处理流程，便于检修人员根据现场实际情况快速获取检修作业指导书，降低了设备作业指导书的编辑工作量。
[0037]3)通过该检修作业指导书的自动评价、基于与分析，可不断迭代更新，优化后续生成检修作业指导书。
[0038]4)本专利技术能够解决纸质检修作业指导书表达有限、理解难度大、自动化程度低的问题，可实现设备不同检修项目的检修操作工艺过程三维可视化内容的自动生成，为检修现场快速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于遗传算法的水电站设备检修作业指导书自动生成方法，其特征在于包括以下步骤：步骤a：建立设备检修对象的三维可视化模型，所述三维可视化模型包括设备三维模型、检修工具三维模型、仪器仪表三维模型、物资材料三维模型；步骤b：建立设备检修知识数据库，所述设备检修知识数据库包括设备管理数据、检修工具管理数据、仪器仪表管理数据、检修工艺管理数据、检修说明文本、历史检修记录数据；步骤c：在数据库中建立设备零部件之间的几何约束关系，建立该约束关系的数学矩阵表示，并将所述数学矩阵转换成关系表，存储于数据库；步骤d：确定不同拆解流程的优劣评价的量化指标，然后综合各量化评价指标，建立拆解流程的评价函数；步骤e：实现设备检修流程的自动规划：读取步骤c和步骤d得到的约束关系数据和量化评价指标数据，通过群智能算法，自动求解所接收检修任务的最优或者近似最优的拆解序列；步骤f：生成完成检修任务的三维可视化检修作业指导书：根据步骤e得到的拆解序列，关联步骤a和步骤b生成的三维可视化模型和设备检修知识，通过自动控制与演示模块，对检修作业过程进行三维可视化的动态展现。2.根据权利要求1所述基于遗传算法的水电站设备检修作业指导书自动生成方法，其特征在于，还包括步骤g：构建检修作业指导书的手动评价模块，用户根据检修现场的实际情况，对步骤f自动生成的检修作业指导书的合理性和有效性进行评价，并把当前的检修作业指导书内容和评价数据关联存储，用于优化检修作业指导书的下一次的生成。3.根据权利要求1所述基于遗传算法的水电站设备检修作业指导书自动生成方法，其特征在于：所述步骤a中，三维可视化模型是用SolidWorks按照1:1建立的几何模型，通过3DMax进行材质渲染后，转换成fbx文件。4.根据权利要求1所述基于遗传算法的水电站设备检修作业指导书自动生成方法，其特征在于所述步骤c中，约束关系通过有向图建立，约束关系的数学矩阵表示方式为：其中：n表示设备包含的零部件数，p
ij
表示零部件i是否直接限制零部件j的拆解。5.根据权利要求1所述基于遗传算法的水电站设备检修作业指导书自动生成方法，其特征在于：所述步骤d中，评价函数为：其中，F
seq
为检修流程seq对应工作量的惩罚值，seq(i)表示检修流程seq第i步拆解的零部件；D[seq(i)][seq(i+1)]、T[seq(i)][seq(i+1)]、Pos[seq(i)][seq(i+1)]分别表示检修流程seq的第i步到第i+1步工具是否更换、拆解方向改变多少、检修人员移动距离；
a、b、c分别表示工具更换、拆解方向改变、检修人员移动距离的惩罚系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佰霖，赵国胜，刘星，付文龙，陈铁，武攀旗，顾嘉豪，郭永政，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：