【技术实现步骤摘要】
一种装配序列规划方法
[0001]本专利技术涉及装配
，具体涉及一种装配序列规划方法。
技术介绍
[0002]随着数字化、智能化在装备行业的快速发展，如何在产品设计过程中降低生产成本、提高效率、缩短产品生命周期成为企业急需解决的问题。零件装配设计作为产品开发的最后环节，也是最为重要的环节。据不完全统计，从单个零件到形成最终产品的整个流程中，至少有40％的生产时间和成本花费在装配过程中，40
‑
60％的生产工作量为装配工作。目前传统的装配过程仍然是依靠人工经验进行装配设计，生成的装配序列很大程度上取决于工人的水平，难以保证装配过程的合理性和有效性，造成不必要的成本浪费。因此，如何运用计算机技术提升产品的装配效率，改善产品的装配质量，一直是行业内致力于解决的问题。为了寻找同时满足装配过程零件间几何可行限制和装配操作限制的最优装配序列，需要建立智能装配序列规划模型，对生成装配序列问题进行深入研究。
[0003]麻雀搜索算法因其参数少，搜索速度快，精度高等特点被成功应用于多个领域，但是传统麻雀搜索算法只能用于处理连续性优化问题，且生成的初始种群多样性较低。装配序列规划作为一个离散解空间复杂多变且含有约束条件的NP问题，仅依靠传统麻雀搜索算法无法对装配序列规划问题进行求解，并难以保证生成的装配序列的合理性和可行性。
技术实现思路
[0004]为克服现有装配规划技术计算效率低以及获得装配规划质量较低的缺陷，本专利技术提供了一种基于离散人工麻雀搜索算法(Discrete Artifi...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种装配序列规划方法，其特征在于，所述规划方法包括以下步骤：S1：建立装配体信息模型，获取装配体及零件的三维模型信息；S2：提取装配体干涉矩阵以及接触矩阵，提取装配体中零件质量、体积、几何约束数量、装配方向、装配工具类别等信息，计算装配体中各零件的连接约束数量、装配操作难度；S3：根据装配体中零件质量、体积以及几何约束数量，选择装配体基础件；S4：根据装配体中零件质量、体积、几何约束数量、连接约束数量、装配方向、装配工具类别以及装配操作难度，构建装配序列代价的评价指标，包括装配搬运代价、装配几何约束代价、装配连接约束代价、装配方向变换代价、装配工具变换代价以及装配操作难度代价；S5：根据所述装配搬运代价、装配几何约束代价、装配连接约束代价、装配方向变换代价、装配工具变换代价以及装配操作难度代价，设计各评价指标相应的权重系数，计算装配序列代价；S6：采用离散人工麻雀搜索算法来求解装配序列规划的离散优化问题，所述离散人工麻雀搜索算法在麻雀搜索算法中增加了离散策略以及可行规整策略，在麻雀种群演化中增加四种变异策略，包括Tent映射策略、反向学习策略、精英筛选策略以及维度学习策略，获取装配序列代价最小的最优装配序列。2.根据权利要求1所述装配序列规划方法，其特征在于，对于一个由n个零件组成的装配体P＝{p1,p2,
…
,p
n
}，存在若干个装配序列S＝[s1,s2,
…
,s
n
]，装配序列S描述了实现该装配体P装配流程的零件装配顺序，其中，装配序列中的第i个元素s
i
(i＝1,2,
…
,n)是指装配流程中第i个装配顺序操作中所需要装配零件在装配体中的零件编号。3.根据权利要求2所述装配序列规划方法，其特征在于，所述干涉矩阵用于描述装配体P中零件p
i
在笛卡尔坐标系中沿某一坐标轴方向进行装配时与零件p
j
之间的干涉情况，体现了装配体零件之间的空间约束关系，用来判断装配序列的几何可行性；对于一个由n个零件组成的装配体P＝{p1,p2,
…
,p
n
}，如式(1)所示定义干涉矩阵IM
k
：IM
k
＝[I
ijk
]
n
×
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式(1)中，干涉矩阵元素I
ijk
(i,j＝1,2,
…
,n)表示零件p
i
与零件p
j
之间沿着k方向的干涉关系，如式(2)所示描述干涉矩阵元素I
ijk
(i,j＝1,2,
…
,n)：式(2)中，当零件p
i
沿着k方向装配时与零件p
j
发生干涉的情况，和零件p
j
沿着
‑
k方向装配时与零件p
i
发生干涉的情况相同，因此根据方向k＝{+x,+y,+z}的干涉矩阵IM
k
可以得到方向k＝{
‑
x,
‑
y,
‑
z}的干涉矩阵IM
‑
k
，其中，I
ijk
＝I
ji
‑
k
；所述接触矩阵用于描述装配体中零件p
i
与零件p
j
的接触情况，体现零件之间的连接约束关系；对于一个由n个零件组成的装配体P＝{p1,p2,
…
,p
n
}，如式(3)所示定义接触矩阵CM：CM＝[C
ij
]
n
×
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式(3)中，接触矩阵元素C
ij
(i,j＝1,2,
…
,n)表示零件p
i
与零件p
j
之间的接触关系，如式(4)所示描述接触矩阵元素C
ij
(i,j＝1,2,
…
,n)：
根据接触矩阵定义可知，接触矩阵CM为对称矩阵，即C
ij
＝C
ji
。4.根据权利要求3所述装配序列规划方法，其特征在于，所述装配体基础件是装配体中应首先被装配的零件，具有质量大、体积大且与其他零件的几何约束数量多的特点，所述装配体基础件Base可以根据公式(5)来选择：Base＝argmax(B
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式(5)中，B
i
表示装配体中零件p
i
对应的装配体基础件评价分数，如式(6)所示：式(6)中，m
i
、v
i
、c
i
分别表示装配体P＝{p1,p2,
…
,p
n
}中第i个零件p
i
的质量、体积以及几何约束数量。5.根据权利要求4所述装配序列规划方法，其特征在于，所述装配搬运代价ATC可通过式(7)描述：式(7)中，m
i
、v
i
分别表示装配序列S＝[s1,s2,
…
,s
n
]中第i个需要装配的零件s
i
的质量和体积，装配过程中，质量、体积越大的零件可装配性就越差，搬运此类零件耗费的装配时间和成本也越高，因此应当优先装配，所述装配几何约束代价AGCC可通过式(8)描述：式(8)中，c
i
表示装配序列S＝[s1,s2,
…
,s
n
]中第i个需要装配的零件s
i
的几何约束数量，装配过程中，几何约束数量越多的零件其装配过程越复杂，装配此类零件耗费的装配时间和成本也越高，因此应当优先装配，σ
agcc
(i,u)计算如式(9)所示：所述装配连接约束代价ACCC可通过式(10)描述：
式(10)中，conn
i
表示装配序列S＝[s1,s2,
…
,s
n
]中第i个需要装配的零件s
i
的装配连接约束数量，装配过程中，零件的连接约束数量越多其装配过程越稳定，因此应当优先装配，conn
i
计算如式(11)所示：σ
accc
(i,u)计算如式(12)所示：所述装配方向变换代价AOCC可通过式(13)描述：式(13)中，aocc
i
表示装配序列S＝[s1,s2,
…
,s
n
]中第i个需要装配的零件s
i
的装配方向变换代价，装配过程中，装配方向变换次数越多则其装配过程越复杂，完成该装配体所耗费的装配时间和成本越高，因此应当尽量减少装配方向变换次数，aocc
i
计算如式(14)所示：式(14)中，o
i
∈{
±
x,
±
y,
±
z}为装配零件s
i
时所采用的装配方向；所述装配工具变换代价ATCC可通过式(15)描述：式(15)中，atcc
i
表示装配序列S＝[s1,s2,
…
,s
n
]中第i个需要装配的零件s
i
的装配工具变换代价，装配过程中，装配工具变换次数越多装配过程越复杂，完成该装配体耗费的装配时间和成本越高，因此应当尽量减少工具变换次数，atcc
i
计算如式(16)所示：式(16)中，t
i
∈{tool1,tool2,
…
,tool
l
}表示装配零件s
i
时所使用的装配工具类别，l表示装配过程中所用到的装配工具类别总数，其值由实际装配过程中所用到的工具类别总数确定。6.根据权利要求5所述装配序列规划方法，其特征在于，所述装配操作难度代价计算步骤包括：S61：建立装配规则，包括第一装配规则，第二装配规则，第三装配规则，第四装配规则，第五装配规则，第六装配规则以及第七装配规则，所述第一装配规则包括装配装配体基础件，所述第二装配规则包括装配“质量重、体积大”的零件，所述第三装配规则包括装配“精度高”的零件；所述第四装配规则包括装配“连接件多”的零件，所述第五装配规则包括装配“过盈配合”的零件，所述第六装配规则包括装配“装配树底层”的零件，所述第七装配规则包括装配需要加热、冷却以及在装配过程中存在挤压和冲击的零件；
S62：根据上述装配规则，定义装配序列S＝[s1,s2,
…
,s
n
]中第i个需要装配的零件s
i
的装配操作难度pr
i
，具体包括：当零件s
i
满足第一装配规则，pr
i
＝1，当零件s
i
不满足第一装配规则，但满足第二装配规则，第三装配规则，第四装配规则，第五装配规则，第六装配规则以及第七装配规则中的三～六条规则，pr
i
＝2，当零件s
i
不满足第一装配规则，但满足第二装配规则，第三装配规则，第四装配规则，第五装配规则，第六装配规则以及第七装配规则中的一～二条规则，pr
i
＝3，当零件s
i
不满足第一装配规则，同时不满足第二装配规则，第三装配规则，第四装配规则，第五装配规则，第六装配规则以及第七装配规则中任意一条规则时，pr
i
＝4，S63：按S62中方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋莎莎，张一楠，刘子恒，邢薇薇，刘渭滨，刘洋，程岳，武梦瑶，田泽宇，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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