基于混合遗传算法的并行装配序列规划及管理技术研究

作     者：胡展展 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：葛杨

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：装配序列规划 装配信息建模 装配序列评价 数据管理 

摘      要：随着计算机技术的发展,产品信息管理、装配序列规划等生产过程的数字化、自主化已经成为发展趋势。装配过程很大程度上影响着生产效率,不同的装配序列的效率是不同的。本文以螺旋杆传送装置为研究对象,对装配信息建模、序列规划和工艺管理技术进行研究,构建了以二次开发、装配信息矩阵、评价层次模型、智能规划算法和数据管理技术为基础的装配规划和生产管理方法。根据装配序列规划和工艺数据管理的信息数据需要,基于MBD技术建立了包含产品设计模型、规划模型和工艺模型的装配信息模型。对比分析三类SolidWorks二次开发方式的特点,确定了采用独立程序的开发模式。定义了干涉矩阵、联接矩阵、支撑矩阵和工具矩阵的含义,设计了装配信息矩阵提取算法并利用SolidWorks二次开发接口和包围盒干涉检测技术实现了装配信息矩阵的自动提取功能,并以螺旋杆传送装置为实例实现了装配信息矩阵的自主生成。针对装配序列评价问题,通过研究影响装配序列的相关因素,提出了零件的质量、几何尺寸、联接方式、基准数、紧固件优先性、重定向次数、装配稳定性、连续性、并行性、装配工具改变次数10个装配序列评价指标并确定了各个评价指标的计算方法,以装配工艺可操作性、装配过程可靠性和经济性为中间子评价指标构建了装配序列评价层次结构模型,最后采用专家评价和模糊层次分析法计算了评价指标的权重,得到装配序列综合评价函数。针对复杂装配体的装配序列规划问题,提出了一种基于混合遗传算法的并行装配序列规划算法。采用树形数据结构对装配体层次模型进行编码作为算法输入。通过加入粒子群算法的种群概念和最优个体跟踪的方法,优化了遗传算法的局部搜索能力和运算效率。根据装配序列规划问题的特点重新设计了算法中的交叉和变异算子。通过对比分析不同参数组合下的混合遗传算法收敛性和效率,得到混合遗传算法种群规模和迭代次数的最优参数。通过与改进前的遗传算法进行对比,验证了混合遗传算法具有更好的最优解搜寻能力和规划效率。运用混合遗传算法对螺旋杆传送装置进行装配序列规划并通过了装配过程仿真验证,证明该算法能够显著提高复杂装配体的序列规划效率和质量。分析实际场景下装配工艺信息管理需求,进行了装配工艺信息管理的功能、架构和数据库表字段的设计,设计了装配工艺信息管理系统的用户登录、产品零件信息、装配辅助、工艺信息编辑和示教等功能模块,最后基于WPF、SQL Server、Prism、EFCore框架和工具开发了装配工艺信息管理系统。