基于蟻群算法的裝配序列規(guī)劃策略研究.pdf

1、計算機輔助裝配工藝規(guī)劃(ComputerAidedAssemblyPlanning，CAAP)是先進制造技術中的一個重要組成部分，是繼CAD、CAPP、CAM技術之后的又一個研究熱點。由于它的產(chǎn)生適應了制造業(yè)快速響應市場變化的需要，自20世紀80年代初以來，世界各國均投入了大量的人力、物力開展CAAP的研究，并取得了較大的成果。裝配序列規(guī)劃(AssemblySequencePlanning，ASP)是CAAP的核心技術，得到了廣泛的重視

2、。 裝配序列規(guī)劃是將組成裝配體的零件集合按照裝配約束要求序列化。目前裝配序列規(guī)劃技術存在的主要問題是，或者需要消耗過長的運行時間，或者具有一定的局限性，只適合一定范圍的產(chǎn)品。本文在研究以往裝配關系表達的基礎上，利用優(yōu)先關系圖表達裝配體中零件之間的優(yōu)先關系。通過優(yōu)先關系的約束作用，可以大大減小搜索空間的規(guī)模，另一方面，優(yōu)先關系圖可以接受多種優(yōu)先關系，如通過配合關系進行推導、利用人工輸入等，可以提高裝配序列規(guī)劃的效率以及規(guī)劃系統(tǒng)的適

3、應能力。本文針對優(yōu)先關系圖提出一致完整性要求，并基于優(yōu)先關系圖的鄰接矩陣和可達性矩陣檢查其一致完整性。利用Warshall算法和WFS算法，對優(yōu)先關系的增刪操作進行快速檢驗，保證優(yōu)先關系圖在使用過程中保持一致完整性。然后提出了道路可達性矩陣的概念，基于道路可達性矩陣和鄰接矩陣，判斷出優(yōu)先關系圖中的冗余信息，實現(xiàn)了優(yōu)先關系的約簡。并針對優(yōu)先關系圖的緊固件進行簡化，為裝配序列規(guī)劃提供了一個正確、簡潔的優(yōu)先關系模型。在此基礎上構(gòu)建了裝配關系矩

4、陣，基于裝配關系矩陣對裝配序列規(guī)劃問題進行了描述。 對于裝配規(guī)劃，工具的可操作性不容忽視。為此，本文提出了基于潛在干涉信息的快速工具驗證方法，使得在裝配序列規(guī)劃過程中可以頻繁、快速的執(zhí)行工具操作空間可行性驗證。此外，針對零件插入可行性驗證、人體操作空間驗證以及基于時間的裝配優(yōu)化評價方法進行了闡述。基于優(yōu)先關系圖，對裝配體的設計進行了零件裝配插入空間、裝配工具操作空間的可行性檢查。 然后本文對蟻群算法進行了深入的研究，在針

5、對蟻群算法優(yōu)化速度慢、早熟現(xiàn)象明顯等問題進行分析的基礎上，對算法進行改進，構(gòu)造了MMAS*算法，在其中使用了新的適應運行時限的時變信息素下界，在保證收斂性的同時，使MMAS*算法具有良好的優(yōu)化速度和優(yōu)化效果。提出了懲罰蒸發(fā)機制，對不可行的個體解進行懲罰。在此基礎上將MMAS*移植到裝配關系矩陣上，結(jié)合裝配序列的可行性驗證和優(yōu)化要求，將算法用于單調(diào)線性裝配序列的生成。提出了優(yōu)先關系圖上的波傳播法，設定MMAS*的“可行轉(zhuǎn)移范圍”，使螞蟻的

6、搜索過程直接滿足優(yōu)先關系圖中的所有優(yōu)先關系。通過理論分析，證明了算法具有良好的收斂性。并利用實驗方法確定了MMAS*中的部分參數(shù)設置?；谙伻旱乃阉鹘Y(jié)果，對每組緊固件進行內(nèi)部排序，然后安插到裝配序列之中，形成一條完整的裝配序列。 有別于線性裝配過程，在多人合作的裝配過程中零件的安裝操作、工具的更換往往都是并行發(fā)生的。因此，將裝配任務分配給多個工人合作完成時，需要將零件、安裝的時間進度一起規(guī)劃、分配，這樣才有可能保證裝配過程滿足優(yōu)

7、先關系的約束、可行性要求以及優(yōu)化要求?；谝陨峡紤]，本文提出了確定工人數(shù)量的多人序列規(guī)劃問題，對時間進度、可行性驗證、安裝方向與重定位以及裝配代價等具體問題進行了詳細的探討。對裝配關系矩陣和MMAS*算法的概率選擇進行了改造，使得在每一步選擇過程中，螞蟻要選出包括零件、工人以及工作方向這三者的組合，然后根據(jù)這個組合，計算出各工人工作進度的變化、工具的選擇、以及裝配體定位狀態(tài)的變化等，并通過設定零件最早安裝時間的方式來滿足優(yōu)先關系。然后根