基于蚁群算法的装配序列优化研究

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装配序列优化是指在产品的装配关系约束下,使用规划方法找出几何可行、工艺优良的装配序列,其主要研究内容是装配信息建模和序列规划方法。研究该课题能够加速包括农业机械在内的各类产品的装配序列规划实现数字化,不仅可以提高产品的装配效率和节约产品的装配成本,而且可以增强企业的市场竞争力。  针对装配信息建模,本文采用装配关系的矩阵模型。用集成干涉矩阵的干涉信息分析了零件拆卸方向的几何可行性。基于装配联接矩阵和装配支撑矩阵定义了子结构稳定,且根据该定义分析了零件拆卸操作稳定性。在矩阵数据的自动生成方面,以集成干涉矩阵的自动生成为例,采用MFC和二次开发工具Pro/TOOKIT混合编程的方法,初步探讨了集成干涉矩阵自动生成的算法设计及其实现的关键步骤,开发了基于Creo三维建模软件的集成干涉矩阵分析工具,实现了三维装配模型集成干涉矩阵的自动生成。  针对序列规划方法,本文根据“可拆即可装”原则,将装配序列评价指标依次对应成拆卸序列评价指标。在保证拆卸序列全部零件依次满足拆卸几何可行性的前提下,量化了拆卸方向重定向次数、拆卸工具更换次数、拆卸过程稳定性,构造了面向拆卸序列规划的加权多元目标函数,将拆卸序列优化问题转化为求多约束下目标函数的最小值问题。通过构造三元结构的拆卸操作,本文建立了装配体的拆卸操作结点表,设计了面向拆卸序列规划的蚁群算法,给出了该算法的数学模型。编写程序实现了蚂蚁在访问拆卸操作结点的过程中以隐式的方式动态构建拆卸混合图从而找出最优或近最优拆卸序列的目标。动态构建拆卸混合图的方式既节省了存储空间,又避免了在寻优前构建拆卸混合图时存在的效率较低问题。  为了验证研究成果,本文将台钳和控制器的三维装配模型作为研究对象,用面向拆卸序列规划的蚁群算法找出的最优或近最优拆卸序列的逆序列,不仅满足装配几何可行性,而且实现了装配方向重定向次数、装配工具更换次数、装配过程稳定性的优化,验证了将装配关系的矩阵模型和蚁群算法相结合解决装配序列优化问题的正确性和实用性。
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