計(jì)算機(jī)輔助裝配規(guī)劃研究綜述

1、計(jì)算機(jī)輔助裝配規(guī)劃研究綜述Hng和h24用于機(jī)器人裝配順序優(yōu)化的Hpfiled神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，考慮裝配約束、子裝配體穩(wěn)定性和裝配方向改變等因素建立網(wǎng)絡(luò)的能量方程，基于優(yōu)先約束推理和專家系統(tǒng)提供的裝配本錢驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化方程得到優(yōu)化的序列。但由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)缺乏全局搜索才能，計(jì)算結(jié)果顯示，該方法容易產(chǎn)生不優(yōu)化的裝配順序，且常常只能得到一個(gè)部分最優(yōu)的裝配序列。另外，參數(shù)選擇和初始條件對網(wǎng)絡(luò)的靈敏度影響大；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用前須進(jìn)展訓(xùn)練，而訓(xùn)練時(shí)要由專家提供較多可行的順序作為樣本。而樣本可能是針對某種類型的產(chǎn)品，對其它類型的產(chǎn)品那么不一定適用，該方法的應(yīng)用范圍窄。3.2裝配規(guī)劃模擬退火算法模擬退火算法源于固體退火

2、思想，將一個(gè)優(yōu)化問題比較成一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，將目的函數(shù)比較為系統(tǒng)的能量，將優(yōu)化求解過程比較成系統(tǒng)逐步降溫以到達(dá)最低能量狀態(tài)的退火過程，通過模擬固體的退火過程獲得優(yōu)化問題的全局最優(yōu)解。SaEid等25利用模擬退火算法進(jìn)展裝配序列規(guī)劃時(shí)，根據(jù)產(chǎn)品裝配模型獲得裝配優(yōu)先關(guān)系，將裝配過程總裝配時(shí)間和重定向次數(shù)運(yùn)用多屬性應(yīng)用理論組合成單一目的函數(shù)，作為裝配序列優(yōu)化的評價(jià)函數(shù)。Hng和h26將裝配約束和裝配過程的本錢映射為裝配序列能量函數(shù)，利用模擬退火算法使裝配序列能量函數(shù)擾動(dòng)地逐步減小，經(jīng)過屢次迭代，直到能量函數(shù)不再變化為止，最后得到具有最小裝配本錢的裝配序列。作者將該方法應(yīng)用到一個(gè)電子繼電器裝配體上，并將

3、其性能與利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)24的裝配規(guī)劃方法進(jìn)展了比較，結(jié)果顯示基于模擬退火的裝配序列優(yōu)化方法可以產(chǎn)生較好的裝配序列并且在運(yùn)算時(shí)間上優(yōu)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。模擬退火算法具有較強(qiáng)的部分搜索才能，并能使搜索過程防止陷入部分最優(yōu)，但模擬退火算法對整個(gè)搜索空間的狀況理解不多，不能使搜索過程進(jìn)入最有希望的搜索區(qū)域，從而使得算法的運(yùn)算效率不高。3.3裝配規(guī)劃遺傳算法在眾多軟計(jì)算方法中，遺傳算法得到了眾多研究者的重視。代寫工作總結(jié)遺傳算法是模擬生物自然選擇和遺傳機(jī)制的隨機(jī)搜索算法，它將問題的可能解組成種群，將每一個(gè)可能的解看作種群的個(gè)體，從一組隨機(jī)給定的初始種群開場，持續(xù)在整個(gè)種群空間內(nèi)隨機(jī)搜索，按照一定的評估策略

4、即適應(yīng)度函數(shù)對每一個(gè)體進(jìn)展評價(jià)，不斷通過復(fù)制、穿插、變異等遺傳算子的作用，使種群在適應(yīng)度函數(shù)的約束下不斷進(jìn)化，算法終止時(shí)得到最優(yōu)/次最優(yōu)的問題解。圖3為裝配規(guī)劃遺傳算法的一般流程。裝配規(guī)劃遺傳算法的研究重點(diǎn)集中于設(shè)計(jì)裝配序列的基因編碼方式以包含更多的裝配過程信息、設(shè)計(jì)基因操作的形式和改良遺傳算法的部分搜索才能上。Lazzerini等27的分段編碼遺傳算法中，將染色體分為3段編碼，第1段表示參與裝配的零件編號，第2段表示零件的可行裝配方向，第3段表示裝配工具，從而使染色體包含了部分工藝信息。為了進(jìn)步算法的性能，文中將裝配體分解為子裝配體進(jìn)展裝配，減少了參加裝配序列規(guī)劃的零件數(shù)目；Guan等28采

5、用基因團(tuán)編碼方式，一個(gè)基因團(tuán)表達(dá)一個(gè)零件的裝配操作，由被裝配零件號裝配元、裝配工具裝配元、裝配方向裝配元和裝配類型裝配元組成。在擴(kuò)大采樣空間選擇下一代種群的根底上，通過穿插和多層次變異實(shí)現(xiàn)裝配序列并行優(yōu)化。廖小云和陳湘鳳29在裝配序列規(guī)劃遺傳算法中設(shè)計(jì)了復(fù)制、穿插、變異、剪貼和斷連5種遺傳算子尋找裝配序列優(yōu)化解。在Sith等30的增強(qiáng)型遺傳算法中，選擇下一代個(gè)體并不完全依靠適應(yīng)度，而是先把一定數(shù)量較優(yōu)的個(gè)體復(fù)制到下一代，將適應(yīng)度低但幾何可行的序列用于繼續(xù)產(chǎn)生序列，直到滿足下一代種群中序列個(gè)數(shù)的需求，從而使算法能跳出部分最優(yōu)點(diǎn)，在全局范圍內(nèi)搜索最優(yōu)解。理論上，找到全局最優(yōu)裝配序列要求參加演化計(jì)算

6、的種群規(guī)模要足夠大，迭代次數(shù)要無限多，但在計(jì)算資源和時(shí)間限制下是達(dá)不到要求的。因此，遺傳算法求解裝配規(guī)劃問題的效率和結(jié)果依賴于初始種群規(guī)模及其質(zhì)量、遺傳算子及其操作概率等因素。4協(xié)同裝配規(guī)劃方法裝配體作為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的載體，零部件可能由不同的企業(yè)設(shè)計(jì)，零部件和產(chǎn)品可能在不同的裝配工廠完成裝配過程，因此需要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的協(xié)同工作和決策以保證裝配質(zhì)量和降低裝配本錢。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速開展縮短了異地人員在時(shí)間和空間上的間隔 ，為實(shí)時(shí)的“人機(jī)人協(xié)同裝配工作提供了可能。isnsin-adisn大學(xué)31提出網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的電子化裝配e-Assebly，討論在Internet/Intranet上利用3D模型進(jìn)展

7、協(xié)同虛擬裝配和拆卸的方法論和工具，擬實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)包括3D交互可視化、協(xié)同裝配/拆卸/維護(hù)/回收等。目前已開發(fā)了tive3D系統(tǒng)，利用Synthesizer模塊可以交互/自動(dòng)進(jìn)展產(chǎn)品的裝配建模和規(guī)劃，Visualizer模塊為用戶在eb平臺上提供裝配序列規(guī)劃結(jié)果的可視化仿真，但缺少交互修改、調(diào)整功能。在ATS工程32施行中，為了向異地的開發(fā)人員展示裝配設(shè)計(jì)和裝配規(guī)劃結(jié)果，嘗試?yán)肰RL作為可視化工具，一方面供設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)閱讀零部件設(shè)計(jì)，另外將裝配模型用文本編輯軟件進(jìn)展編輯，生成裝配序列的VRL仿真文件，供異地的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)實(shí)時(shí)進(jìn)展評價(jià)和提出修改意見。但手工編輯文件不但花費(fèi)的時(shí)間長達(dá)一周，而且每次設(shè)計(jì)修

8、改后都必須重新編輯；同時(shí)，仿真文件僅具有閱讀功能，不能進(jìn)展交互修改。eb環(huán)境下的協(xié)同裝配規(guī)劃方法33采用協(xié)同工作環(huán)境下的裝配建模、裝配規(guī)劃任務(wù)分配和裝配序列合成等技術(shù)，通過對復(fù)雜產(chǎn)品裝配規(guī)劃問題的分解，即降低了單機(jī)規(guī)劃工作形式的復(fù)雜度，又便于集中不同地域多專家的裝配知識和經(jīng)歷進(jìn)展裝配規(guī)劃方案的協(xié)同決策。面向協(xié)同廣義裝配34通過確定裝配子任務(wù)編碼方法、裝配人員評價(jià)指數(shù)和制定協(xié)同裝配協(xié)議，以VRL為產(chǎn)品模型載體實(shí)現(xiàn)協(xié)同裝配系統(tǒng)。在裝配知識和規(guī)那么的支撐下，支持局域網(wǎng)內(nèi)多用戶施行產(chǎn)品預(yù)裝配、驗(yàn)證零部件可裝配性，相關(guān)的裝配人員可以協(xié)同討論裝配方案。eb環(huán)境下3D交互裝配可視化仿真構(gòu)造是一個(gè)符合開放技術(shù)

9、標(biāo)準(zhǔn)的可視化裝配系統(tǒng)35，它基于VRL-Java實(shí)現(xiàn)裝配場景的動(dòng)態(tài)生成、裝配控制、碰撞檢測以及裝配過程的動(dòng)畫回放等功能，目前完成了基于“堆疊思路的裝配驗(yàn)證方式。但該系統(tǒng)屬于單用戶系統(tǒng)，不能支持多用戶的實(shí)時(shí)協(xié)同裝配工作。5結(jié)論與展望AAP的研究在理論上獲得了一定的成果，在工業(yè)界也得到了一定的應(yīng)用，但相對而言還很少，這說明該技術(shù)間隔 工業(yè)實(shí)用還存在較大差距。裝配規(guī)劃是一個(gè)經(jīng)歷和知識密集型的工作，同時(shí)又與詳細(xì)行業(yè)和產(chǎn)品有嚴(yán)密的關(guān)系。經(jīng)典裝配規(guī)劃方法的準(zhǔn)確推理在保證序列的幾何可行性方面具有優(yōu)勢，而軟計(jì)算技術(shù)可以將人的模糊知識融入規(guī)劃過程中，使得結(jié)果具有更好的工藝可行性，兩者的適當(dāng)結(jié)合將有利于模擬人類裝

10、配專家的實(shí)際裝配規(guī)劃過程，從而得到合理的裝配方案?？绲赜颉⒖鐕业木W(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造新形式的形成使產(chǎn)品裝配成為一個(gè)需要協(xié)同工作和決策的問題。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步開展，建立基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同裝配決策平臺和虛擬環(huán)境，支持異地多人員協(xié)同裝配方案決策將是新形勢下裝配規(guī)劃研究的新趨勢。參考文獻(xiàn)1蘇強(qiáng),林志航.計(jì)算機(jī)輔助裝配順序規(guī)劃研究綜述J.機(jī)械科學(xué)與技術(shù),1999,18(6):10061012.2石淼,唐朔飛,李明樹.裝配序列規(guī)劃研究綜述J.計(jì)算機(jī)研究與開展,1994,31(6):3034.3牛新文,丁漢,熊有倫.計(jì)算機(jī)輔助裝配順序規(guī)劃研究綜述J.中國機(jī)械工程,2001,12(12)