一种装配序列的智能规划算法制造技术

本发明专利技术涉及装配序列规划技术领域，具体提供了一种装配序列的智能规划算法，包括如下步骤：S1：通过遗传算法的染色体基因编码法对装配体的零件进行编号；装配体的零件编号后，生成随机的装配序列；S2：通过接触矩阵和干涉矩阵对装配序列进行可行性分析；S3：进行算法迭代，设置装配方向不变性、装配工具不变性及装配序列优先等级作为装配序列的判断指标；在步骤S3的迭代过程中，引入模拟退火算法和Metropolis准则。本发明专利技术可适用于多种不同类型产品的装配序列规划，通用性强，同时可避免局部最优解并获得全局最优解，可提高优化速度和优化效率。优化效率。优化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种装配序列的智能规划算法


[0001]本专利技术涉及装配序列规划
，尤其涉及一种装配序列的智能规划算法。

技术介绍

[0002]随着现代制造业的飞速发展，制造业产品越来越复杂，零件越来越繁多，面对复杂产品的开发不但需要先进的设计技术支持，同时也需要与设计技术相匹配的先进制造技术。装配作为产品开发过程中的重要环节，极大的影响产品的生产周期、生产质量及生产成本。根据数据表明，产品装配过程通常自动化程度低、耗时长、成本高；对于普通机械产品或机电产品而言，装配时间占整个产品生产时间的20％
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50％，装配成本大约占整体制造成本的40％以上；对于小型、微型机电产品而言，装配成本所占的比例甚至超过了90％。
[0003]在进行产品的零件装配时通常会产生多种不同的装配序列，而装配顺序的不同会影响整个装配过程的效率。装配序列规划问题，类似于调度规划问题，本质上是解决如何在众多决策选择中选出最优的策略，装配序列信息显示了零部件的装配先后顺序，同时包含零部件的装配操作信息，按照生成的装配序列信息，可以合理安排、分配装配资源并进行生产，装配体的装配序列严重影响着装配质量的好坏以及装配的效率。
[0004]目前装配序列中通常采用单一的智能算法，如蚁群算法、帝国竞争算法、遗传算法、混合蛙跳算法等，这些算法在解决装配序列规划问题上存在着局部搜素能力弱、搜索精度低及算法效率低等问题。因此，如何设计一种可适用于复杂产品的零部件装配、降低求解装配序列时的难度且可获得全局最优解的装配序列智能规划算法模型，是当下亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决上述问题，提供了一种装配序列的智能规划算法，通过对装配体进行零件标号、对装配序列进行可行性分析并引入模拟退火算法，可简化复杂产品的零件编码，去除大量不可行序列，接受劣化解并保留优秀的序列片段，从而建立起可适用于多种产品的装配序列规划算法模型。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提出如下技术方案：一种装配序列的智能规划算法，包括如下步骤：
[0007]S1：通过遗传算法的染色体基因编码法对装配体的零件进行编号；装配体的零件编号后，生成随机的装配序列；
[0008]S2：通过接触矩阵和干涉矩阵对装配序列进行可行性分析；
[0009]S3：进行算法迭代，设置装配方向不变性、装配工具不变性及装配序列优先等级作为装配序列的判断指标；
[0010]在步骤S3的迭代过程中，引入模拟退火算法和Metropolis准则。
[0011]优选的，通过步骤S3中的判断指标设计出适应度函数，适应度函数为公式(1)：
[0012]fit＝w1*D+w2*E+w3*Y
[0013]其中，fit表示适应度的函数值；D表示装配方向不变化的累计得分；E表示装配工具不变化的累计得分；Y表示装配序列是否满足装配序列优先等级条件的累计得分。
[0014]优选的，关于装配方向不变化的得分计算方法为：
[0015]S31a：记录零件装配过程中移动的6个方向，由此根据零件的移动方向生成零件装配方向数组；
[0016]S32a：判断数组中当前元素与前一个元素是否一致并以此判定装配方向是否有变化；当方向不变时，设定d＝1，否则d＝5；当数组中的所有元素计算完成后，进行加和处理并得到D。
[0017]优选的，关于装配工具不变化的得分计算方法为：
[0018]S31b：罗列出装配中常用的工具，并将装配零件所用到的工具编号写入零件装配工具数组中；
[0019]S32b：判断数组中当前元素与前一个元素是否一致并以此判定装配工具是否有变化；当工具不变时，设定e＝1，否则e＝5；当数组中的所有元素计算完成后，进行加和处理并得到E。
[0020]优选的，关于装配序列优先等级的计算方法为：
[0021]S31c：根据装配规则设置零件的装配优先等级，由此生成装配序列优先等级数组；
[0022]S32c：判断装配序列优先等级数组中当前元素与在前所有元素的大小关系；
[0023]S33c：若存在比当前元素大的在前元素时，在总得分上加上当前元素与比当前元素大的在前元素之间的差值；若不存在比当前元素大的在前元素时，不做处理；
[0024]S34c：按照步骤S32c和S33c对数组中的所有元素进行处理，计算出装配序列优先等级的总得分。
[0025]优选的，步骤S2中的接触矩阵用于表达装配中任意两个零件之间的接触情况；若两个零件之间存在接触关系，记录为X(m,n)＝1，表示零件m和零件n应在装配顺序中处于相邻位置上；若两个零件之间不存在接触关系，记为X(m,n)＝0，表示零件m和零件n不需要按照装配顺序的排列组合处于相邻位置上；
[0026]步骤S2中的干涉矩阵用于表达装配体中各个零件之间的干涉情况；具体为：在三维模型软件中拖拽装配体中的零件，零件的拖拽方向为该零件正确装配方向的反方向；同时观察拖拽过程中该零件是否与其他零件发生干涉；若该零件与其他零件发生干涉记为M(m,n)＝1，若该零件与其他零件不发生干涉，记为M(m,n)＝0。
[0027]优选的，步骤S1中在进行装配序列规划前，先通过装配体结构层次模型对零件进行编号并降低装配体零件的编号个数；
[0028]装配体的结构层次包括零件、由存在稳定装配关系的多个零件形成的子装配体；
[0029]先将子装配体视为零件并对子装配体进行序列规划，再对整体进行规划。
[0030]优选的，模拟退火算法的实现方法为：设定初始温度T0、截止温度T1和退火系数Q；在遗传算法进化循环一次后根据退火系数Q进行冷却操作；若冷却后温度高于T1，则对遗传算法进行再次进化循环，直到循环到温度T1为止。
[0031]优选的，模拟退火算法中关于温度T的设置方法为：
[0032]在迭代初期，将温度T设置成高温度，使得与通过计算适应度函数得到的罚值近似的装配序列以一定的概率被保留并避免陷入局部最优解；
[0033]在迭代后期，温度T变低；引入Metropolis准则，此时优秀的装配序列将更为突出，算法选择适应度罚值大的装配序列的概率将降低。
[0034]优选的，在迭代过程中对装配序列进行交叉操作和变异操作；当每一个装配序列与前一个最优序列交叉后，通过公式(1)求解出新装配序列的fit值；若fit值变小，则新装配序列更为合理并选择新装配序列；若fit值变大，则新装配序列不合理，此时根据Metropolis准则，并以公式(2)选择性地接受新装配序列；公式(2)如下：
[0035][0036]其中P表示概率，T表示温度，公式(2)为关于温度T的增函数。
[0037]本专利技术有益效果是：
[0038]1、本专利技术在进行装配序列规划前，先通过装配体结构层次模型对零件进行编号并降低装配体零件的编号个数，即先将子装配体视为零件并对子装配体进行序列规划，再对整体进行规划，可降低装配体装配序列排列组合的复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种装配序列的智能规划算法，其特征在于，包括如下步骤：S1：通过遗传算法的染色体基因编码法对装配体的零件进行编号；装配体的零件编号后，生成随机的装配序列；S2：通过接触矩阵和干涉矩阵对装配序列进行可行性分析；S3：进行算法迭代，设置装配方向不变性、装配工具不变性及装配序列优先等级作为装配序列的判断指标；在步骤S3的迭代过程中，引入模拟退火算法和Metropolis准则。2.根据权利要求1所述的装配序列的智能规划算法，其特征在于，通过步骤S3中的判断指标设计出适应度函数，适应度函数为公式(1)：fit＝w1*D+w2*E+w3*Y其中，fit表示适应度的函数值；D表示装配方向不变化的累计得分；E表示装配工具不变化的累计得分；Y表示装配序列是否满足装配序列优先等级条件的累计得分。3.根据权利要求2所述的装配序列的智能规划算法，其特征在于，关于装配方向不变化的得分计算方法为：S31a：记录零件装配过程中移动的6个方向，由此根据零件的移动方向生成零件装配方向数组；S32a：判断数组中当前元素与前一个元素是否一致并以此判定装配方向是否有变化；当方向不变时，设定d＝1，否则d＝5；当数组中的所有元素计算完成后，进行加和处理并得到D。4.根据权利要求3所述的装配序列的智能规划算法，其特征在于，关于装配工具不变化的得分计算方法为：S31b：罗列出装配中常用的工具，并将装配零件所用到的工具编号写入零件装配工具数组中；S32b：判断数组中当前元素与前一个元素是否一致并以此判定装配工具是否有变化；当工具不变时，设定e＝1，否则e＝5；当数组中的所有元素计算完成后，进行加和处理并得到E。5.根据权利要求4所述的装配序列的智能规划算法，其特征在于，关于装配序列优先等级的计算方法为：S31c：根据装配规则设置零件的装配优先等级，由此生成装配序列优先等级数组；S32c：判断装配序列优先等级数组中当前元素与在前所有元素的大小关系；S33c：若存在比当前元素大的在前元素时，在总得分上加上当前元素与比当前元素大的在前元素之间的差值；若不存在比当前元素大的在前元素时，不做处理；S34c：按照步骤S32c和S33c对数组中的所有元素进行处理，计算出装配序列优先等级的总得分。6.根据权利要求5所述的装配序列的智能规划算法，其特征在于，步骤S2中所述的接触矩阵用...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘克迪，商伟辉，王利彬，林再文，
申请(专利权)人：长春长光宇航复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：