复杂产品装配工艺规划理论研究

For the problem of computer-aided assembly process planning for the complex product in digital design and manufacturing field, this topic tries to find a balance point between the reality required in virtual assembly and utility requirement in traditional assembly process planning. The study of assembly sequence planning, coupling constraint solving methods, the theory of general coupling multi-constraint space , the building assembly model is to carriyout , the key issues in some common basic theory and application for the quantitative non-virtual assembly process planning of the complex products in 3D environment is to achieve a breakthrough. The multi-agent evolutionary algorithm for solving assembly sequence planning of complex product is constructed, and the agent learning, collaboration, competition, mutation and other operations operator are designed. The general multi-constraint coupling space consistent with the real situation of the assembly is established. The three-dimensional solid modeling, as a carrier, it is achieved the objective of assembly model and assembly constraint solving are fault tolerance and consistency in the general multi-constraint coupling space . The progressive reasoning for the complex product in the non-virtual assembly environment is put forward to solve the problem of assembly coupling constraint.

面对数字化设计与制造中复杂产品计算机辅助装配工艺规划的难题，本申请课题力图在虚拟装配所要求的拟实性和传统装配工艺规划的实用性要求之间找到均衡点，通过对基于3D的非虚拟环境下的装配序列规划、广义多约束空间耦合理论、装配模型构建和耦合约束求解方法的研究，突破3D环境下复杂产品定量化非虚拟装配工艺规划中的一些共性的基础理论和若干应用层面的关键问题。构建求解复杂产品装配序列规划问题的Multi-agent进化算法，提出了了Agent的学习、协作、竞争、变异等操作算子。在Agent进化过程中这些算子能够有效地利用到已有的装配经验知识，从而有效提高装配序列规划的求解效率。建立基于3D的非虚拟装配环境或与真实装配状况一致的广义装配多约束耦合空间，以三维实体造型为载体，实现装配模型与装配约束求解在广义约束耦合空间中的容错性和一致性；提出了一种在非虚拟装配环境中的级进推理方法来解决复杂产品的装配约束耦合问题。

本课题对基于3D的非虚拟环境下，广义多约束耦合空间中的装配关系建模方法、基于多智能体进化算法的装配序列规划、复杂产品装配域分割与子装配体自动识别方法等关键科学问题进行了深入地研究。完善了面向装配序列规划与装配操作过程稳定性分析的装配关系模型，建立了构成装配体中零件间的空间位向关系、联接关系以及零件在重力作用下的支撑关系的定量化模型。通过装配/拆卸操作的定义以及零件间几何、工艺约束关系的分析，建立了面向装配序列规划（ASP）的产品拆卸过程信息图（DPIG）模型，将问题转换成为对该图的最优路径遍历问题。利用基于集成干涉矩阵模型的分级推理算法实现了在智能体Ant的遍历过程中对DPIG结点的动态构建与分层填充。设计了求解ASP问题的基于ACO-GWO的智能优化算法，在ASP求解过程中，创新性的将构建解空间与搜索最优解这两个层面上的任务，整合在一个框架内并行地执行。通过对装配关系模型与子装配体的定义，建立了表达装配体零件的联接关系与拆卸干涉关系的联接关系图与有向阻碍图模型，并给出了相关联的数值矩阵表达形式，设计了基于联接关系图与有向阻碍图模型动态调整与操作的子装配域分割与图搜索的子装配体生成算法，降低了复杂产品装配工艺规划的复杂度。