CN105279570A

CN105279570A - 一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法

Info

Publication number: CN105279570A
Application number: CN201510340947.1A
Authority: CN
Inventors: 鲁聪; 李俊英; 霍灯升; 刘鑫; 汪洋
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2016-01-27

Abstract

本发明涉及复杂机械产品装配规划领域，公开了一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法。所述方法包括：先基于装配体进行产品建模，为基于烟花算法进行装配序列规划建立基础；针对装配序列规划问题的特点，根据烟花算法的基本原理，重新定义烟花算法的相关操作，构建面向装配序列规划的烟花算法；以装配方向改变次数、装配方向稳定性和装配工具变换次数为三个评价指标，利用烟花算法的寻优机理对装配序列进行优化；通过MATLAB编程实现基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，获得优化的装配序列。本发明可以降低复杂机械产品制造成本，缩短产品开发周期。

Description

一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法

技术领域

本发明涉及复杂机械产品装配规划领域，具体涉及一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法。

背景技术

装配规划包括装配建模、装配序列规划以及装配路径规划这三个部分，其中装配序列规划是装配规划的核心，直接关系到产品的装配成本。在传统的机械产品装配过程中，企业大多数利用有经验的装配工程师借助其自身的经验进行装配，但当装配零部件过多时，由于产品的装配序列的数量与产品零部件的数量呈指数增长，因此，对零件数目较多的复杂机械产品会出现装配序列组合爆炸问题，仅凭装配工程师的经验很难确定其装配序列，即使能确定也难以保证装配序列的合理性和优越性，从而导致产品制造成本增加，开发周期延长，降低了产品市场竞争力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，以快速获得优化的装配序列，从而有效降低产品制造成本，缩短产品开发周期。

一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，包括以下步骤：

第一步：基于装配体进行产品装配建模，为基于烟花算法求解装配序列建立基础；

第二步：根据烟花算法的基本原理，构建面向装配序列规划的烟花算法，利用烟花算法的寻优机理对装配序列进行优化，以装配方向改变次数、装配方向稳定性和装配工具变换次数三个评价指标，在众多可行装配序列中寻找到最优的装配序列；

第三步：用MATLAB编程实现基于烟花算法的装配序列规划方法，获得优化的装配序列。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

基于烟花算法的复杂机械产品装配序列可行解空间搜索范围大，有利于找到更加合理的装配序列，同时装配序列规划速度快，不需要太多迭代次数就可获得优化的装配序列，能更加有效地降低产品制造成本，缩短产品开发周期。

附图说明

图1为烟花算法流程图；

图2为装配示意图；

图3为装配体+x方向的干涉矩阵；

图4为装配体+y方向的干涉矩阵；

图5为装配体+z方向的干涉矩阵；

图6为装配体的稳定支撑矩阵；

图7为装配体零部件的装配工具集合。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

参照图1，一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，步骤如下：

第一步：基于装配体进行产品装配建模见图2，为基于烟花算法求解装配序列建立基础；确定装配体的初始干涉矩阵、稳定支撑矩阵和装配工具变换次数，见图3、图4、图5、图6和图7所示；

步骤1图3中的1表示零件i沿坐标轴+x方向装配时与零件j发生干涉，0表示零件i沿坐标轴+x方向装配时与零件j不发生干涉；

步骤2图4中的1表示零件i沿坐标轴+y方向装配时与零件j发生干涉，0表示零件i沿坐标轴+y方向装配时与零件j不发生干涉；

步骤3图5中的1表示零件i沿坐标轴+z方向装配时与零件j发生干涉，0表示零件i沿坐标轴+z方向装配时与零件j不发生干涉；

步骤4图6中的2表示零件i与零件j之间存在稳定连接关系，且零件i仅在重力下能稳定保持在零件j上，1表示零件i与零件j之间存在稳定连接关系，且零件j用夹具保持稳定更好，0表示零件i与零件j之间不存在连接关系。

第二步：根据烟花算法的基本原理，构建面向装配序列规划的烟花算法见图1，利用烟花算法的寻优机理对装配序列进行优化，以装配方向改变次数、装配方向稳定性和装配工具变换次数三个评价指标，在众多可行装配序列中寻找到最优的装配序列；

确定初始烟花数为n＝100，循环次数为t＝100，火花总数为m＝50，特殊火花数为gs＝20，法中计算火花数的两个参数为a＝0.1，b＝0.9。

其中烟花算法中的爆炸半径A和产生的火花数s的公式分别为：

A_{i} = A \max \cdot \frac{f (x_{i}) - y_{\min} + ξ}{Σ_{i = 1}^{n} (f (x_{i}) - y_{\min}) + ξ}

s_{i} = m \cdot \frac{y_{\max} - f (x_{i}) + ξ}{Σ_{i = 1}^{n} (y_{\max} - f (x_{i})) + ξ}

用来更新普通火花位置的交换因子(α1，β1)。

第一个参数α1：

α1＝round(d·rand(0，1))

其中，d为维数，即装配序列中零件的个数。

第二个参数β1：

烟花爆炸产生的火花初始的火花火花移动的位移为h＝A_i·rand(-1，1)，产生的新火花根据产生的新火花和初始的火花对比得出β1即：

{\tilde{x}}_{j} (α 1) = x_{i} (β 1)

用来更新特殊火花的交换因子(α2，β2)

第一个参数α2：

特殊火花交换因子的第一个参数α2和普通火花交换因子的第一个参数α1相同，即：

α2＝round(d·rand(0，1))

其中，d为维数，即装配序列中零件的个数。

第二个参数β2：

烟花爆炸产生的火花初始的火花火花移动的位移为g＝Gaussian(1，1)，产生的新火花根据产生的新火花和初始的火花对比得出β2即：

{\tilde{x}}_{j} (α 2) = x_{i} (β 2)

我们根据交换因子的两个参数即可得出更新后普通火花和特殊火花的位置，每个普通火花更新的次数为s_i；每一个特殊火花都只更新一次，目的是为了增加种群的多样性，防止陷入局部最优解。

第三步：用MATLAB编程实现烟花算法对装配序列的优化过程，得到最优的装配序列。

烟花算法求解装配体的最优装配序列的过程是通过MATLAB编程实现的，一种基于烟花算法的装配序列规划方法，其步骤如下：

步骤1设置算法的参数T、n、a、b、Amax、m。其中T为迭代次数，n为初始烟花的数目即装配序列数，a、b为求火花数目时的常数，Amax为预先设定的爆炸最大半径值，m为n个烟花产生的火花总数目。

步骤2随机产生初始烟花的位置和方向，设置当前迭代次数为t＝1。

步骤3根据第一步的三个指标计算每个烟花的目标函数值，并确定当前的适应度函数值的最大值和最小值。

步骤4根据第二步计算出烟花的爆炸半径A和产生火花的数目s，并更新普通火花的位置。

步骤5按照高斯分布额外产生gs个烟花，每个烟花产生一个火花，该火花根据第二步进行更新位置。

步骤6在当前所有的烟花和火花中，选取n个最优的烟花或火花作为新的烟花，参与下一轮爆炸，令t＝t+1。

步骤7若t＜T，返回步骤3；否则算法停止，输出得到的最有烟花或火花的位置及其适应度函数值。

通过程序运行，得到的最优装配序列为1，3，17，2，9，4，11，6，15，12，13，16，10，14，5，7，8。

Claims

1.一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：基于装配体进行产品装配建模，构造适应度函数，为后面烟花算法求解装配序列建立基础；

步骤B：根据烟花算法的基本原理，构建面向复杂机械产品装配序列规划的烟花算法，利用烟花算法的优点对复杂机械产品装配序列进行优化，在众多可行装配序列中寻找到最优的装配序列；

步骤C：用MATLAB编程实现基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，获得优化的装配序列。

2.根据权利要求1所述的一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，其特征在于，所述步骤A，具体包括步骤如下：

步骤A1：对产品的零件编号，并根据零部件之间的装配关系建立干涉矩阵；

步骤A2：确定评价指标，并设置评价指标的权重；

步骤A3：根据各个评价指标及其权重值构造目标函数；

步骤A4：建立装配序列信息矩阵。

3.根据权利要求1所述的一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，其特征在于，所述步骤B，具体包括步骤如下：

步骤B1：设置烟花算法中的参数；

步骤B2：随机产生初始烟花的位置和方向；

步骤B3：根据烟花算法计算出烟花的爆炸半径和产生的火花数目；

步骤B4：根据普通火花交换因子更新普通火花的位置；

步骤B5：按照高斯分布产生额外的烟花，即特殊火花，根据特殊火花的交换因子更新特殊火花的位置；

步骤B6：在当前所有的烟花和火花中，计算目标函数值，选取最优烟花和部分次优烟花进行下一轮爆炸。

4.根据权利要求3所述的一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，其特征在于，所述普通火花交换因子，具体包括步骤如下：

步骤D1：第一个参数α1＝round(d·rand(0，1))，其中d为维数，即装配序列中零件的个数；

步骤D2：烟花爆炸产生的火花初始的火花火花移动的位移为h＝A_i·rand(-1，1)，产生的新火花根据产生的新火花和初始的火花对比得出第二个参数β1即

步骤D3：得出普通火花的交换因子(α1，β1)。

5.根据权利要求3所述的一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，其特征在于，所述特殊火花交换因子，具体包括步骤如下：

步骤D1：第一个参数α2＝round(d.rand(0，1))，其中d为维数，即装配序列中零件的个数；

步骤D2：烟花爆炸产生的火花初始的火花火花移动的位移为g＝Gaussian(1，1)，产生的新火花根据产生的新火花和初始的火花对比得出第二个参数β2即

步骤D3：得出特殊火花的交换因子(α2，β2)。