分布环境下的协同装配序列规划

摘要

作为并行工程和计算机集成制造中的关键支撑技术,计算机辅助装配规划是产品数字化预装配的核心问题,也是决定产品生产成本的重要因素.随着装配体中零部件数量的增加,装配规划变得更加困难;另外,网络化制造模式的形成需要协同预装配技术的支持.为此,本文提出了网络分布环境下面向装配的协同设计集成框架,研究了复杂产品的协同装配序列规划方法.在分析产品装配结构设计过程和协同规划对装配模型的信息需求基础上,提出包含装配设计意图、过程和结果的面向协同规划的复杂产品装配建模思想.研究并建立了基于装配结的装配联系图模型和基于共享零件的产品局部结构规划层次树模型,阐明了协同装配序列规划模型中零件信息、装配信息和协同管理信息的内容和组成.为了对产品结构进行装配序列规划,提出了装配序列蚁群优化方法,实现了采用拆卸策略的装配序列产生和优化.提出拆卸完全图来隐式、动态地表达序列空间,将初始可行的拆卸操作设置为搜索起始点,用集成拆卸矩阵进行装配过程几何推理,从而生成拆卸操作候选列表来限制搜索的范围,保证了构建序列的可行性.讨论了算法的特点,并和其它智能装配优化方法进行了比较和分析.以规划结构层次树模型为参考、共享零件为联系,研究了自下而上的局部装配序列调整、合并、冗余约束处理和搜索的序列综合过程.讨论了局部装配序列的调整规则,提出了不同规划结构间零件全局装配优先关系的空间阻碍图表达,给出了清除合并序列中冗余约束信息的算法.基于建立的装配经验知识库,通过对序列综合后形成的装配优先图进行搜索获得产品的装配序列参考方案.面向网络分布环境下多用户装配方案协同决策的需求,提出了协同装配活动五元组模型.详细讨论了装配操作权控制的令牌模型、复制式协同装配场景的同步维护和基于事件的协同装配通讯协议描述、传递和解析等协同装配活动机制.通过分离装配应用模型和可视化模型,提出了网络环境下基于装配主模型的干涉检查模式.研究了静态文件-动念模型方式的多用户协同装配可视化方法.给出了支持协同装配序列规划原型系统的体系结构,利用VC++、Java、VRML、Socket技术和Protoolkits、OpenAPI开发工具包实现了面向协同规划的装配建模、装配序列蚁群优化、装配序列综合和协同装配网络平台等功能模块,用实例产品验证了研究成果的正确性和有效性.文末对全文进行了总结,展望了进一步的研究工作.

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1课题的来源、目的和意义

1.2课题的研究背景

1.3相关研究综述

1.4本文的主要工作和创新点

1.5本文的章节安排和结构

2面向装配的协同设计框架

2.1引言

2.2分布环境下面向装配的协同设计

2.3协同装配序列规划方法

2.4本文的研究假设

2.5本章小结

3面向协同规划的装配建模

3.1引言

3.2基于功能的产品装配设计过程

3.3协同装配规划信息需求分析

3.4基于装配结的联系图模型

3.5基于共享零件的层次树模型

3.6本章实例

3.7本章小结

4装配序列规划与优化

4.1引言

4.2基本蚁群系统模型

4.3装配序列蚁群规划与优化方法

4.4本章实例与讨论分析

4.5本章小结

5装配序列综合

5.1引言

5.2装配序列综合流程

5.3装配序列调整

5.4装配序列合并

5.5本章实例

5.6本章小结

6网络化协同装配技术

6.1引言

6.2协同装配网络环境体系结构

6.3协同装配活动机制

6.4协同装配可视化技术

6.5本章小结

7原型系统与应用实例

7.1系统的结构框架

7.2系统的功能模块

7.3应用实例

7.4本章小结

8全文总结与研究展望

8.1全文总结

8.2研究展望

致谢

参考文献

附录1攻读学位期间发表的学术论文

附录2攻读学位期间参加的研究项目

附录3国家自然科学基金重大项目验收意见